¿QUÉ ES CALOR? - Cold Import

SISTEMA 2

SISTEMA EN UN

ESTADO DE BAJA

DENSIDAD DE

ENERGÍA

(CONTIENE

ENERGÍA, NO

CALOR)

Nº 04 - 2014

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MÉTODOS O SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

PRINCIPIOS BÁSICOS

l Es bueno recordar algunos términos y conceptos cuando hablamos de REFRIGERACIÓN :

l Todos los cuerpos ó sustancias que están con temperaturas encima del CERO ABSOLUTO tienen

“Energía Interna” la cuál la pueden transmitir hacia otro cuerpo ó sustancia que está a menor temperatura

cumpliendo la Segunda ley de la Termodinámica y a éste tipo de energía transmitida por diferencias de

temperatura la denominamos CALOR y cuando un cuerpo entrega calor decimos que se está “enfriando”

y aquí aparece el término FRÍO.

Como se comprenderá el FRÍO NO EXISTE pero se usa ese término para denominar a “la pérdida de calor “.

SISTEMA 1

SISTEMA EN UN

ESTADO DE ALTA

DENSIDAD DE

ENERGÍA

(CONTIENE

ENERGÍA, NO

CALOR)

ESTE SISTEMA NO

PUEDE CONTENER

CALOR, SINO

ENERGÍA CINÉTICA,

QUÍMICA,

POTENCIAL

GRAVITACIONAL O

NUCLEAR

CALOR: ENERGÍA EN VÍA DE TRANSFERENCIA

DE UN SISTEMA CALIENTE A UN SISTEMA FRÍO

LA FLECHA REPRESENTA

AL CALOR, O ENERGÍA EN

TRÁNSITO DESDE UN

SISTEMA 1 (ALTA

TEMPERATURA) HACIA

UN SISTEMA 2 (BAJA

TEMPERATURA). SI NO ES

ENERGÍA EN TRÁNSITO,

NO ES CALOR.

ESTE SISTEMA NO

PUEDE CONTENER

CALOR, SINO

ENERGÍA CINÉTICA,

QUÍMICA,

POTENCIAL

GRAVITACIONAL O

NUCLEAR

¿QUÉ ES CALOR?

Continuará...

Nº 04 - 2014

“El trabajo es hijo de la necesidad y padre de los logros; así como la curiosidad es hija de la ignorancia y madre del conocimiento”

“Podrás recuperar muchas cosas que hayas perdido, pero no el tiempo que dura tu juventud”

Como el calor es energía en tránsito, la transmisión del calor se realiza de 3 maneras:

Por conducción.

Por convección.

Por radiación.

· La transferencia de calor ó la pérdida de calor es lo que denominamos “producir FRÍO “ y los niveles de la

energía interna que alcanzan los cuerpos ó sustancias se miden mediante LA TEMPERATURA.

· REFRIGERAR es conseguir que una sustancia alcance una temperatura menor a la del medio que la

rodea ó con la que está en contacto.

· Hay distintos niveles ó valores de temperaturas muy importantes para la conservación de todo alimento

perecible, los cuales aparecen en manuales y tablas que son resultado de la experiencia y pruebas de

muchos años.


Convección

Radiación

Conducción

Radiación

Nº 05 - 2014










ESCALAS DE TEMPERATURAS QUE SE USAN

373º

273º

0º

Kelvin

100º

0º

-273º

Centigrada

212º

32º

-460º

Faharenheit

0º

672º

492º

0º

Rankine

460º

- Punto de ebullición del agua

- Punto de fusión del hielo

- Cero absoluto

OBJETIVOS

· El objeto de los métodos y sus respectivos equipos de refrigeración es lograr una transferencia de calor

para bajar la temperatura del alimento, cuerpo ó sustancia hasta los niveles deseados que van de

acuerdo a la aplicación.

· Desde el principio de su existencia el hombre buscó encontrar las formas de conservar el alimento

durante las estaciones de abundancia, para vivir en las estaciones de escasez. En su búsqueda fue

encontrando procedimientos como el secado, el salado, el ahumado, el escabechado antes de que

tuviese conocimiento de las causas del deterioro de los alimentos.

· La invención del microscopio ayudó a descubrir la existencia de los microorganismos, causa principal

del deterioro de los alimentos y permitió además el desarrollo de otro método de conservación: los

enlatados, más conocidos como “conservas”.

Continuación...

Continuará...

Nº 05 - 2014

“El trabajo es hijo de la necesidad y padre de los logros; así como la curiosidad es hija de la ignorancia y madre del conocimiento”

“El amor verdadero se basa en la amistad y comprensión, la atracción físicaes solo un complemento”

· El salado, secado, ahumado, escabechado solo se puede aplicar a cierto tipo de alimentos y aunque

muchas veces mejoran el sabor no lo mantienen como en sus condiciones originales de producto fresco.

· Los enlatados son casi inmunes al deterioro, fáciles de procesar y de almacenar, pero aún teniendo un

sabor distintivo y delicioso muy propio, difieren en forma notable del producto original.

· Con el tiempo se encontró que el único medio de conservar alimentos en su estado original ó con

poquísimo cambio, es bajando la temperatura de la sustancia ó producto alimenticio por refrigeración, es

decir enfriándolo ó congelándolo.

· Esto naturalmente, constituye la ventaja principal que tiene la refrigeración sobre todos los demás

métodos de conservación de alimentos.

· El objetivo que se persigue en la conservación de alimentos no solo es conservar el alimento en

condición ingerible, sino también preservable hasta donde sea posible, manteniendo la calidad con

respecto a apariencia, olor, gusto y contenido vitamínico.

MÉTODOS PARA PRODUCIR REFRIGERACIÓN

El método o sistema más conocido y usado para producir refrigeración es el Método de Refrigeración por

Compresión de Vapor; sin embargo hay muchos otros métodos que los podemos resumir en el siguiente

gráfico:

MÉTODOS PARA PRODUCIR REFRIGERACIÓN

Malone(gas)

Tubopulsante

Vuillemieur(líquido)

Sistema Stirling

Sistema Vortex

Sistema por ciclo de aire

Sin cambio defase ó estado

Con cambio defase ó estado

Sist. por compresiónde vapor

Sistema por absorción

Sistema por adsorción

Sistema por eyección

Sin usar un fluidorefrigerante

SistemaTermoeléctrico

SistemaTermomagnético

SistemaTermoacústico

Peltier

Termoiónico

Usando un fluidorefrigerante


Nº 06 - 2014










Continuación...

REFRIGERACIÓN POR COMPRENSIÓN DE VAPOR

· La refrigeración por compresión se logra evaporando un refrigerante en estado líquido dentro de un

intercambiador de calor llamado evaporador. Para evaporarse éste requiere absorber calor latente de

vaporización. Al evaporarse el líquido refrigerante cambia su estado a vapor. Durante el cambio de estado

el refrigerante absorbe energía térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio

gaseoso o líquido. A esta cantidad de calor se le denomina carga térmica y aquí se produce lo que

denominamos FRÍO.

Luego de este intercambio energético, el vapor refrigerante pasa un compresor mecánico que se

encarga de aumentar la presión del vapor y por lo tanto su temperatura. Para poder condensar el

refrigerante se hace pasar por otro intercambiador de calor conocido como condensador que lo vuelve

líquido nuevamente.

· En éste condensador se liberan del sistema frigorífico tanto el calor latente como el sensible, que son la

suma del calor recogido en el evaporador más el calor recogido durante la compresión. La transferencia

de calor desde el condensador hacia el exterior suele hacerse mediante la circulación de aire y/o agua

que se encuentran a temperatura del ambiente exterior

· De esta manera, el refrigerante en estado líquido, se envía hacia otro componente que se denomina

control de flujo de refrigerante ó dispositivo de expansión (tubo capilar o válvula de expansión) que le

baja la presión y temperatura al líquido refrigerante antes de ingresar al evaporador, repitiéndose el ciclo

de refrigeración por compresión de vapor.

Continuará...

Nº 06 - 2014

“El éxito es una escalera que no podrás subir si tienes las manos en los bolsillos”

REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN

· El sistema de refrigeración por absorción es otro método de producir frío que, al igual que en el sistema

de refrigeración por compresión aprovecha que las sustancias o refrigerantes, absorben calor al cambiar

de estado, de 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 necesita una fuente de CALOR.

· Se aprovecha la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra

sustancia, tal como el agua que actúa como el refrigerante, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear

el agua como substancia absorbente (disolvente) y amoníaco que actúa como refrigerante o substancia

absorbida (soluto).


Ciclo de absorción simplificado

Condensador Generador

Vapores de refrigerante

Soluciónconcentrada

AbsorbedorLíquidorefrigerante

Aguahelada

Aguafresca

Evaporador

Fuentede calor

Nº 07 - 2014










Continuación...

REFRIGERACIÓN POR ADSORCIÓN

· La adsorción es el fenómeno en el cual un cuerpo sólido, bajo la liberación de una determinada cantidad

de energía en forma de calor, adsorbe o atrapa en su superficie una cantidad de materia gaseosa, cuyo

efecto contrario, la separación de la materia gaseosa del cuerpo sólido mediante entrega de calor a dicho

cuerpo, se reconoce como desorción.

· Se usan como adsorbentes: las zeolitas, la silica gel, las tierras diatomeas y otras. Para la regeneración

del adsorbente se puede utilizar, por ejemplo, vapor de agua, etanol, metanol o un gas inerte caliente.

· Los efectos térmicos que acompañan a una mezcla y a la separación de un gas de un sólido son la

base de éste tipo de refrigeración. Es un proceso discontinuo e intermitente por lo que debe buscarse la

continuidad haciendo reemplazos y regeneraciones.

· Se puede decir que hay mucha investigación en éste campo; principalmente usando la zeolita y el agua

en sistemas cerrados y se tiene noticias que se han obtenido buenos resultados. Hay muchas personas

que siguen investigando y probando en diversos lugares del planeta para mejorar éste método de

refrigeración.

Vapor de H O2

H O2

3ºCEvaporador

Bomba para el refrigerante

Agua a 7ºC va aledificio

Agua a 12ºC viene del edificio

Solucióndiluida de BrLi

Bomba para la solución

60% 30ºC

Absorbedor

Agua de enfriamientoviene de la torre

Agua deenfriamiento va alcondensador

29.5 ºC

Calor

65% 100ºC

Solucion

diluida de BrLi

75ºC

0.8 atmGenerador

Solución

Concentrada de NrLi

0.1 atm Condensador

H O235ºC

Vapor de H O2 Agua de enfriamiento35ºC

va a la torre

Agua de enfriamientoviene del absorbedor

0.01 atm

Esquema general de la enfriadora de absorción

REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN

Continuará...

Nº 07 - 2014

“El Perdón es algo maravilloso: calienta el corazón y refresca las heridas”

ESQUEMA DE ENFRIADOR POR ABSORCIÓN


FASE 1

CONDENSACIÓN

ADSORCIÓN

EVAPORACIÓN

DESORCIÓN

FASE 2

CONDENSACIÓN

DESORCIÓN

EVAPORACIÓN

ADSORCIÓN

REFRIGERACIÓN = ABSORCIÓN DE ENERGÍA PARA LA EVAPORACIÓN

ACCIONAMIENTO TÉRMICO = CALDEO DEL ADSORBEDOR

ENFRIAMIENTO = EVACUACIÓN DE CALOR DEL SISTEMA

Nº 08 - 2014










Continuación...

REFRIGERACION POR EYECCION DE VAPOR

· Este sistema es similar al sistema por compresión de vapor, pero se sustituye al compresor por un

elemento que se llama EYECTOR que le da nombre al sistema.

· La succión del vapor producido en el evaporador se efectúa por el efecto del tubo VENTURI, creado por la

expansión de un flujo de vapor de agua, en una tobera convergente divergente que produce velocidades

supersónicas en la garganta y un pequeño tramo donde aumenta la sección de salida del eyector

· La compresión del vapor hasta su nivel de condensación se hace en la parte divergente (aumento de

sección del eyector) porque convierte energía cinética (velocidad) en energía de presión (o simplemente

aumenta la presión), por efecto de la onda de choque (paso de régimen supersònico a subsónico).

· Al igual que el sistema de absorción requiere de una fuente de calor aplicada al generador.

0

1

6

Evaporador

Valvulaexpansión

79

Eyector

Ge

ne

rad

or

Bomba

Co

nd

en

sa

do

r

VARIACIÓN EN PRESIÓN Y VELOCIDAD

PRESIÓN

VELOCIDAD

8

Entrada delFluidoimpulsor

Aspiración

DescargaFluido impulsor

Fluido aspirado

Continuará...

Nº 08 - 2014

“Nunca sabe el hombre de lo que es capaz hasta que lo intenta y si es necesario arriesga”

REFRIGERACIÓN POR CICLO DE AIRE

· Uno de los sistemas de refrigeración que más se emplean en la aviación es el de ciclo de aire. Se

basa en el principio de eliminación de calor por transformación de la energía calorífica en trabajo

mecánico, este es empleado en aviones comerciales, transportes militares y aviones de combate.

Funciona con el aire que se extrae del compresor del turborreactor, dicho aire caliente y a presión, se

emplea para calefacción, refrigeración e incluso para la presurización de la cabina. Para la refrigeración

o acondicionamiento de aire de la cabina se hace pasar por una tubería auxiliar pequeña.


Aire de impacto

A la CabinaTurbinaVentilador

Intercambiadorde Calor

Aire deSangrado

Figura 1VDT

Nº 09 - 2014










Continuación...

REFRIGERACIÓN POR VORTEX

El aire comprimido, generalmente a 80-100 PSIG (5,5-6,9 BAR), es enviado tangencialmente y a través de un

generador a la cámara de vortex spin. A mas de 100.000 RPM, esta corriente de aire se dirige hacia el final

caliente, donde algo de aire escapa a través de la válvula de control. El aire que queda, todavía en

movimiento, es forzado a volver al centro del tubo de vortex. La corriente interna emite energía cinética en

forma de calor a la corriente externa y sale por el tubo de vortex como aire frío. La corriente externa sale por el

extremo contrario en forma de aire caliente.

REFRIGERACION TERMOELECTRICA

· Los experimentos de Peltier fueron seguidos a los de Thomas Seebeck, quien en 1821 descubrió que una

fuerza electromotriz puede ser producida por una batería y se generaba diferencia de temperaturas entre

los extremos o uniones de 2 materiales conductores y viceversa.

Suministro de aire comprimido

Válvula de control

Aire calienteCámara de girovórtice

Aire frío

Generator NumberMarket Here

CompressedAir Supply

Hot AirExhaust

ValveBody

Washer (Small Vortex Tube Only) "O" RingSleave (Small Vortex Tube Only)

GeneratorCold Cap"O" Ring

Cold AirExhaust

Qc

Tc

A

Qh

Th

B

T1 T2

Vin

h

Material X

Material Y Material Y

Continuará...

Nº 09 - 2014

“No es perezoso sólo el que nada hace ó hace poco sino también el que nohace lo mejor que puede ó hace las cosas a medias”

REFRIGERACION TERMOIONICA

· La refrigeración ó enfriamiento termoiónico consiste en situar 2 electrodos planos o placas planas

separadas por una pequeñísima distancia medida en micras, colocadas expresamente a diferentes

temperaturas dentro de un recipiente al vacío. Lo interesante es que se va observando el paso natural de

la corriente eléctrica del más caliente al más frío, no por conducción, ni convección: es una transmisión

termoiónica por diferencia de potencial.

· Pero cuando se aplica energía eléctrica que crea una mayor diferencia de potencial entre ellas, los

electrones de una de las placas se aceleran en abandonarla (inclusive si comenzamos con ambas a la

misma temperatura), logrando muy rápidamente enfriar la superficie que inicialmente estaba a la misma

temperatura que la otra. Transportan calor en forma de energía cinética. Como es lógico, si inicialmente

estaba más caliente mayor será su enfriamiento. La otra placa “fría” se calienta pero no mucho como sería

de esperar.

· Se ha suge r i do que una pe l í cu l a de lgada

semiconductora podría insertarse entre el emisor y

el colector para reemplazar al vacío. Como esto

evita la separación de carga requerida para impulsar

a los electrones desde el metal hacia la zona de

vacío, las necesidades energéticas disminuyen

substancialmente. Esto significa que un enfriador

termoiónico que utilice un semiconductor puede

funcionar a temperatura ambiente en vez de tener

que hacerlo a altas temperaturas.

· Se ha podido arribar a un enfriamiento de 7°C a una temperatura operativa de 150°C. Mediante la

optimización del espesor y la composición de la película semiconductora delgada así como el

empaquetamiento de estos microenfriadores, las estimaciones muestran que se podrían alcanzar entre 20

y 30°C de enfriamiento. Se ha experimentado con componentes semiconductores tal como el

fosfoarseniuro de indio y galio con fosfuro de indio y silicio con germaniuro de silicio en sus enfriadores

termoiónicos.

P N P N P N

I

II I

IMetal

Calor absorbidoBarra de

semiconductortipo N

Barra desemiconductor

tipo PCalor disipado

Cerámica


Nº 10 - 2014










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REFRIGERACION TERMOMAGNETICA

· En el proceso de enfriamiento magnético, se aplica un fuerte campo magnético a un refrigerante, tal como

el metal gadolinio, alineando los espines de sus electrones desapareados. Esto disminuye la entropía y

hace que el refrigerante se caliente. Cuando se elimina el campo magnético, los espines revierten sus

orientaciones en una forma azarosa y el refrigerante se enfría. A una mayor intensidad de campo

magnético le corresponde un mayor cambio de temperatura. Este comportamiento se denomina “efecto

magnetocalórico”.

· Cambiando la concentración relativa de los componentes de la aleación, o sea la relación silicio/germanio,

se logran cambios de temperaturas a las cuales tienen lugar los máximos efectos magnetocalóricos. Para

los casos estudiados, el máximo rango de variación alcanzado ha sido –240°C a 15°C. Se pueden usar

diferentes aleaciones en combinación en un refrigerador magnético para mantener la eficiencia a bajas

temperaturas.

Válvula giratoria

Tanque de agua

Bomba de agua

Balancín de hierro

Magnetopermanente

Materiales magnéticos

Frigorífico

Fuente: www.chuden.co.jp

Nº 10 - 2014

“Dominar a los demás es una fácil ilusión pero dominarse a sí mismo es una dura realidad“

REFRIGERACION TERMOACUSTICA

Se trata de un tubo hueco que tiene un material poroso en su interior, que luego se carga con uno o dos gases

inertes y en uno de los extremos del tubo se pone un compresor acústico (vibra una membrana como la de un

parlante). Como los 2 extremos están cerrados, al vibrar el diafragma, las moléculas de Helio y Argón, por

ejemplo, presurizadas a 20 atmósferas, oscilan de atrás hacia delante. Las fluctuaciones crean variaciones

de temperatura.

· Como las partículas están próximas al material de relleno, se consigue la transferencia de calor

lográndose que un extremo del tubo esté caliente y el otro frío. Intercambiadores de calor a cada extremo

aprovecharán esa circunstancia según convenga.

· Consiste en convertir la energía de una onda acústica estacionaria dentro de un tubo con un extremo

abierto, donde estará un parlante el cual transmitirá la onda acústica, y en el otro extremo una tapa con un

coeficiente de absorción bajo con relación a nuestra frecuencia, y un conjunto de pitillos, los cuales

servirán como rendijas en el tubo.

· La onda acústica estacionaria conduce un flujo de calor de un extremo al otro. Si el extremo que está

a temperatura ambiente, el extremo opuesto se enfriara, este es el sistema que se puede utilizar para

refrigerar

a

b

calor

Parlante

gradiente de temperaturamoderado

intercambiador decalor, el calor sale deeste sistema

pilaintercambiador de calor, el calor entra a este sistema

refrigerador

gran gradiente detemperatura

motor

c

d

calor

calor

calor


¿QUÉ ES CALOR? - Cold Import

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