CAPITULO 2. METOD. DE REF.PPT

Docente: Ing. Edwin Flores
CAP 2
MÉTODOS
DE
REFRIGERACION

METODOS DE REFRIGERACION
2.1 INTRODUCCION.- Refrigerar consiste en conseguir una
temperatura mas baja que la del medio ambiente inmediato. En cualquier
sistema practico de refrigeración el mantenimiento de la baja temperatura
requiere la extracción de calor del cuerpo a refrigerar a baja temperatura y
la cesión de este calor a una temperatura mas alta. Los procesos
fundamentales usados en la refrigeración son:
sdfsdf
1. Elevación de la temperatura de un
refrigerante
2. Cambio de Fase
3. Expansión de un liquido
4. Expansión de un gas perfecto
5. Expansión de un gas real
6. Proceso de vaciado
7. Procesos Eléctricos - magneticos
aasd
sdf

2.2 ELEVACION DE LA TEMPERATURA DE UN
REFRIGERANTE.-
Uno de los medios obvios de enfriar un producto es ponerlo
en contacto con una sustancia mas fría llamada refrigerante.
La cantidad de calor Q, en calorías o en calorías por hora,
absorbida por el refrigerante en un proceso a presión
constante viene dada por la formula
)
(
*
*
i
t
f
t
p
c
m
Q 

Siendo:
m = masa en kg, o caudal en masa en kg / h
Cp = calor especifico a presión constante en, Cal / kg oC
tf – ti = elevacion de temperatura del refriegerante en oC

2.3 CAMBIO DE FASE.- Se realizan a T = C; pero cambia la humedad
del ambiente que lo rodea
 El cambio de fase sólida a líquida se llama “FUSION”, y el calor
absorbido por el refrigerante es el “CALOR LATENTE DE FUSION”
 El cambio de fase líquida a vapor se llama “VAPORIZACION”, y el calor
absorbido por el refrigerante en este cambio de fase se llama CALOR
LATENTE DE VAPORIZACION”. Este proceso de refrigeración es el mas
usado, debido a que tiene lugar en el conocido ciclo de compresión
del vapor. Controlando la presión a la que se realiza la vaporización, se
regula la temperatura del proceso.
 La transformación de sólido a vapor , se llama SUBLIMACION, y el
calor absorbido en el proceso se llama “CALOR DE SUBLIMACION”.
La sublimación ocurre a presiones más bajas que el proceso
combinado de fusión y vaporización.

La ecuación fundamental que expresa la cantidad de calor puesta en juego en un cambio de
fase es:
Q = m*L
Siendo: Q = cantidad de calor puesta en juego, Cal o Cal/h
m = masa del refrigerante, kg o kg/h
L = variación de entalpía, Cal/kg que es el calor de fusión,
vaporización o sublimación, según los casos

2.4 EXPANSIÓN DE UN LÍQUIDO.- La expansión de un líquido origina el
descenso de su temperatura. El descenso de temperatura es ligero si la sustancia
permanece en estado líquido durante la expansión, pero apreciable si la expansión se
realiza dentro de la región de las mezclas liquido vapor

dT
dh
p
C
y
dT
du
v
C 

Cv, Cp = calores específicos a volumen
y presión constantes
u = energía interna, Cal/kg
h = entalpía, Cal/kg
Los calores específicos son constantes:
p V = RT
Siendo:
p = presión, [kg/m2]
v = volumen especifico, [m3/kg]
R = constante de los gases perfectos
T = temperatura absoluta, ºK
2.5 EXPANSIÓN DE UN GAS PERFECTO EN REGIMEN
PERMANENTE.
Es posible una reducción de temperatura cuando un gas perfecto se
expande en régimen permanente. El descenso de temperatura puede ser
despreciable o pronunciado, según en lo forma en que se realice la
expansión. Un gas perfecto es el que cumple la ecuación

Siendo:
V = velocidad
gc = constante de la gravedad, m kg masa /kg fuerza seg.2
J = factor de conversión, 427 m kg fuerza / Cal
z = energía potencial, Cal / kg masa
h = entalpía, Cal / kg masa
q = calor suministrado al sistema, Cal / kg masa
w = trabajo realizado por el sistema, Cal / kg masa
w
h
z
J
g
V
q
h
z
J
g
V
c
c






 2
2
2
2
1
1
2
1
2
2
La ecuación de la energía en un proceso en régimen permanente es:

El proceso de estrangulamiento adiabático
es un ejemplo de expansión en flujo
permanente. El dispositivo para conseguir el
estrangulamiento puede ser una tubería con
un tabique. La ecuación de la energía en
flujo permanente, despreciando las
variaciones de energía potencial y cinetica
es:
h1 + q = h2 + w
El calor puesto en juego es nulo, porque se trata de un proceso adiabático
y no se realiza ningún trabajo. Por tanto:
2
1
2
1
2
1
2
1
0
)
(
0
T
T
T
T
c
h
h
sea
o
h
h
p






El proceso es; por tanto, a entalpía constante y sin que exista descenso
alguno de temperatura.

2.6 PROCESO DE VACIADO.- El proceso de vaciado no es ni de flujo
permanente ni sin flujo. El proceso de vaciado es una simplificación del caso
general mostrado esquemáticamente en la figura.
El dispositivo consiste en un tanque de
almacenamiento en el que entra una masa de
gas y otra sale.
donde se define para un periodo de tiempo
diferencial dt:
dm1: es la masa en kilogramos que entra
durante el proceso
mi y mf: son las masas en kilogramos
dentro del tanque al principio y al
fin del proceso.
ui y uf: son las energías internas en calorías por kilogramo de la sustancia en el tanque al
principio y al final del proceso.
Escribiendo para este caso la primera ley de la termodinámica, resulta:
dW
u
m
z
h
J
g
V
dm
dQ
u
m
z
h
J
g
V
dm f
f
c
i
i
c
























 2
2
2
2
2
1
1
2
1
1
2
2

En flujo permanente:
mi = mf y ui = uf
En un proceso sin flujo:
dm1 = dm2 = 0
En el proceso de vaciado:
dm1 = 0
Suponiendo que el proceso es adiabático, que no se realiza trabajo y
que las energías potencial y cinética son despreciables, obtenemos la
siguiente ecuación:
f
f
i
i u
m
h
dm
u
m 
 2
2
Escribiendo esta ecuación en forma diferencial, y designando con u la
energía interna instantánea del contenido del tanque y m la masa
instantánea, obtenemos la siguiente ecuación

0
)
( 2
2
2
2
2 


 v
p
dm
u
u
dm
mdu
Un valor negativo de du indicara un progresivo descenso en la
temperatura del contenido del tanque, mientras que un valor
negativo de u2 – u indicara que la temperatura del gas que sale
es mas baja que la del tanque. Ambos casos pueden
presentarse en un proceso de refrigeracion.
h
p
T
son
T
Joule
e
Coeficient 










 hom

2.7 EXPANSIÓN DE UN GAS REAL.- Cuando un gas real se expande aunque
permanezca constante la entalpía puede variar la temperatura.
El termino que expresa la magnitud y el signo de la variación de la
temperatura se llama “coeficiente Joule – Thomson”. Por definición
h
p
T
pson
T
Joule
e
Coeficient 










 hom

2.8 PROCESOS ELECTRICOS-MAGNETICOS.- Puede
enfriarse por métodos eléctricos o magnéticos de dos
formas diferentes.
 Un método consiste en utilizar la orientación molecular
bajo un campo magnético
 Otro método en invertir el efecto termopar.
El efecto Joule
El efecto Seebeck
El efecto Peltier
El efecto Thompson

Refrigeración magnética
Se puede apreciar los pasos seguidos para enfriar una sustancia por medio
de un imán,la escala de temperatura esta referida a los puntos A,B,C y D
del proceso,por ejemplo en A la sustancia esta aislada a una temperatura
de 1 grado Kelvin y no existe ninguna interacción energética, en B la
sustancia sufre los efectos de la aplicación de un campo magnético y la
temperatura aumenta a 10 grados Kelvin,en C mientras se aplica el campo
magnético se refrigera a la sustancia con un gas de intercambio,,en D se
anulo el campo magnético y la temperatura bajo a 0,001 grados K

El efecto Joule
La más conocida interacción entre un fenómeno
eléctrico, la conducción de corriente eléctrica, y
su fenómeno térmico asociado, el calentamiento
del conductor por el que circula la corriente, es el
Efecto Joule. La materia ofrece cierta
"resistencia" al movimiento de los electrones, los
cuales ceden energía cinética al entorno en los
sucesivos choques. Esta energía proporcionada
por los electrones se disipa en forma de calor. Sin
embargo, no es éste el único fenómeno de
interacción termoeléctrica. Otros efectos, que
resumimos brevemente aquí, son los
denominados Seebeck, Peltier y Thomson.

El efecto Seebeck
Thomas J. Seebeck descubrió que en un circuito formado
por dos metales distintos homogéneos, A y B, con dos
uniones a diferente temperatura, T y T+DT, aparece una
corriente eléctrica J, o bien, si se abre el circuito una
fuerza termo electromotriz (f.t.e.m.) EAB que depende de
los metales utilizados en la unión y de la diferencia de
temperatura entre las dos uniones. Ver Figura

El efecto Peltier
El efecto Peltier consiste en el enfriamiento o
calentamiento de una unión entre dos conductores
distintos al pasar una corriente eléctrica por ella y que
depende exclusivamente de la composición y temperatura
de la unión.
ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO
DE UNA CELULA PELTIER

APARIENCIA DE
UNA CELULA
PELTIER
EJEMPLO DE
MONTAJE DE UNA
CELULA PELTIER

Nevera
Portátil
Refrigerar latas Expositores Fuente Agua
Nevera Camping Probetero Refrigerador
Aplicaciones de
Células Peltier

El efecto Thompson
El efecto Thomson consiste en la absorción o liberación
de calor por parte de un conductor eléctrico homogéneo,
con una distribución de temperaturas no homogénea, por
el que circula una corriente

En una nevera se han colocado 90,8 kg de hielo a
-3,9 oC para enfriar algunos vegetales.
Veinticuatro horas mas tarde, el hielo se ha
fundido estando el agua a 7,2 oC. Si el calor
especifico del hielo es 0,463 Cal/kgoC, el calor de
fusión es 80 Cal/kg, y el calor especifico del agua
es 1,01 Cal/kgoC,
Cuál es la velocidad de refrigeración en Cal por
hora proporcionada por el hielo?
PROBLEMA DE APLICACION

))
(
L
)
T
-
(T
(
*
)
(
)
T
-
(T
i
f
3
2
i
f
1
3
2
1
i
f
AGUA
HIELO
i
f
AGUA
HIELO
T
T
Cp
Cp
m
Q
T
T
mCp
Q
mL
Q
mCp
Q
Q
Q
Q
Q











 
Cal
Q
C
C
kg
Cal
kg
Cal
C
C
kg
Cal
kg
Q o
o
o
o
2552
,
8088
)
0
2
,
7
(
*
01
,
1
80
)
9
,
3
0
(
*
463
,
0
8
,
90























hora
Cal
Q
horas
Cal
Q
011
,
337
24
2552
,
8088

Gracias por su
atención!!!!!!!!

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