Sistema de refrigeración

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
LABORATORIO DE INGENIERÍA QUÍMICA I
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I. INTRODUCCIÓN
El mundo de las ciencias es un mundo muy amplio, su estudio se abarca de
diferentes maneras. Entre las muchas ciencias tenemos las ciencias naturales, que
está compuesta principal y básicamente por la Biología y la Física. En esta ultima la
que trataremos en el presente trabajo, enfocando específicamente los conceptos
termodinámicos que presenta su estudio.
Como ya es sabido, la termodinámica es una rama de la física que hoy en día se
usan sus aplicaciones, como la calefacción y la refrigeración entre otras.
Debido a su gran importancia y su desarrollo tecnológico presentaremos en el
presente trabajo una aplicación básica de estos sistemas termodinámicos,
resaltando de esta manera su aporte benéfico a la humanidad y desarrollo
industrial.

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II. OBJETIVOS
Reconocer como funciona un Sistema de Refrigeración.
Conocer cómo trabaja una bomba de calor.
III. MARCO TEÓRICO
CONCEPTO Y NECESIDADES DE LA REFRIGERACIÓN
Se entiende por refrigeración, la cesión de calor desde un elemento, a otro cuya temperatura es
inferior a la de aquel.
En los motores térmicos empleados en Automoción, la refrigeración se justifica, por la necesidad
de evacuar el calor sobrante, generado en las combustiones, que no se destina a producir trabajo
en la carrera motriz, así como el calor generado por el rozamiento entre los elementos móviles. De
no evacuarse dicho calor, la temperatura de los mismos se elevaría peligrosamente, provocando
una dilatación excesiva, que podría originar el agarrotamiento por fusión, mas conocido como
gripaje.
A su vez lo que también se busca es mantener la temperatura del motor dentro de unos
márgenes, en los que el rendimiento es máximo, y no correr el riesgo de deteriorar las partes
móviles del mismo.
CLASIFICACIÓN
Un motor puede ser refrigerado de tres formas; por agua, por aire o una mezcla de ambas. Cabe
señalar que el aceite lubricante también refrigera en cierto modo pero no nos detendremos a
analizar dicha función del aceite.

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 REFRIGERACIÓN POR AGUA
Se disponen una serie de conductos, de líquido refrigerante alrededor de los elementos a
refrigerar, para que estos cedan el calor al líquido refrigerante, y este a su vez lo ceda a la
atmósfera en un radiador o disipador.
Permite al motor trabajar en un margen de temperatura muy estrecho lo que favorece un mejor
rendimiento y mayor vida útil.
Excelente aislamiento acústico, motivado por la presencia de las cámaras de agua.
Desventajas:
Precisa de un cierto mantenimiento y ciertas pérdidas de potencia por el accionamiento de la
bomba de agua.
 REFRIGERACIÓN POR AIRE
Consiste en evacuar el exceso de calor directamente a la
atmósfera, a través del aire que estáen contacto con el motor.
Se disponen a su alrededor una serie de aletas que incrementanla
superficie de contacto con el aire, para así aumentar la disipación
de calor.

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Directa
 Es la propia marcha del vehículo la que genera la corriente de aire.
 Problemas en circulación lenta con tiempo caluroso, y de excesivo periodo de
calentamiento en tiempo frío, por lo que, en general, hace que el motor funcione más
tiempo del deseado fuera de su temperatura de trabajo.
 Se emplea en ciclomotores básicos o motocicletas de estética clásica (custom, naked).

Forzada
 La corriente de aire que circula a través de las aletas, es impulsada por un ventilador,
asegurándose la presencia de la misma, e independizando la refrigeración, de las
condiciones de marcha del vehículo.
 Este sistema apenas es utilizado en algún automóvil. Algunos motores industriales utilizan
este tipo de refrigeración, pues en ellos ha de primar la fiabilidad por encima del
rendimiento.
Ventajas:
Estriba en su sencillez, incluso, dentro de unos márgenes, en su fiabilidad.
Desventajas:
Ruidosos y altas emisiones contaminantes.

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 REFRIGERACIÓN MIXTA
Aire-agua.
 Consiste en refrigerar por aire el cilindro directamente, sin circulación forzada del mismo,
y la culata por líquido, generalmente por termosifón, y dotando también a la misma de
aletas disipadoras de calor.
 Se empleaba en algún modelo de motocicleta ligera cuyo uso estaba próximo a la
competición.
Aire-aceite.
 Esta dotados de aletas disipadoras y además se potencia la función refrigerante del
circuito de lubricación, aumentando notablemente su caudal, así como el tamaño del
radiador.
 Sistema que ha caído en desuso, por no ofrecer la misma eficacia que la refrigeración
líquida.
ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

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 Líquido refrigerante
Capacidad anticorrosiva y antiespumante.
o Para evitar la formación de óxidos y sales calcáreas, que provocan disminución de las otras
cualidades que ha de poseer, contribuyendo a formar depósitos de lodo, que disminuyen
la sección del circuito, pudiendo llegar a provocar graves obstrucciones, que originarían un
rápido sobrecalentamiento del motor.
Capacidad anticongelante.
o Ha de evitar la congelación del líquido que conlleva un aumento de volumen que puede
llegar a ocasionar fisuras en el radiadoro, peor aún, en el bloque.
Capacidad antiebullición.
o Se ha de evitar por tanto, que el líquido refrigerante entre en ebullición, pues la
consiguiente formación de burbujas trae consigo un aumento de la presión, que puede
originar la rotura de los elementos más frágiles del circuito. Asimismo puede dar lugar al
fenómeno de la cavitación.
o La eficacia de dichas capacidades, depende del grado de concentración del refrigerante.
 Capacidad anticongelante, alcohol denominado etilenglicol (90%).
 Como inhibidor de la corrosión se emplea el bórax, presente en torno a un 3%,
añadiéndose antiespumante y colorante en proporciones variables.
 Todo ello mezclado agua destilada en proporciones diversas, en función del grado
de concentración.

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 Radiador
Es un tipo de intercambiador de calor, diseñado para transferir energía del
refrigerante caliente que circula por él al aire forzado externamente por un
ventilador. En los automóviles actuales se construye con tubos planos
paralelos y tiras de aluminio. Por los primeros circula el refrigerante; éste
entrega el calor a los segundos, los cuales a su vez lo transfieren al aire que
circula por el radiador. Internamente los tubos suelen contar con aletas que
generan turbulencias para hacer más eficiente la transferencia de calor del
refrigerante.
Los radiadores suelen contar con un tanque a cada lado y dentro del mismo
un enfriador del fluido de transmisión.
REFRIGERACIÓN DEL RADIADOR POR MERDIO DE AIRE
TIPOS DE RADIADOR

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 Bomba
Es la encargada de impulsar el líquido refrigerante a lo largo del circuito. Se utilizan las de
funcionamiento centrífugobasadas en un rotor con paletas accionado por el cigüeñal a través de la
correa de accesorios o la correa de la distribución.
FUTURO: bombas eléctrico para así poder ser gobernadas por la centralita de gestión del motor,
adecuando su velocidad y por tanto su caudal a la condiciones de marcha del vehículo.
Es del tipo centrífuga accionada por una polea del cigüeñal. El líquido es impulsado primero al
bloque y tapa de cilindros, pasando por el radiador y volviendo finalmente a la bomba.
 Termostato.
Su misión es acelerar el proceso de calentamiento del motor,
impidiendo la circulación del líquido refrigerante hacia el
radiador. Una vez que este ha alcanzado su temperatura de
funcionamiento, el termostato de aire se abre, dejando que el
líquido llegue al radiador para su enfriamiento.
Se dispone en la salida de líquido del motor hacia el radiador,
para así controlar el paso del mismo. Está formado por una
válvula, accionada por una cápsula rellena de un material muy
sensible a la temperatura, el cual al dilatarse o contraerse, en función de la temperatura del
refrigerante, abre o cierra la citada válvula.

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 Vaso de expansión
La misión del vaso de expansión es absorber los
incrementos de volumen del líquido refrigerante, alojando
el exceso de líquido, cuando la temperatura del mismo sea
muy alta, y devolviéndolo al circuito cuando éste se enfríe.
En la actualidad, por el vaso de expansión se hace pasar
una parte del líquido refrigerante, utilizándose como
desgasificador y, en muchos casos, como recipiente de
llenado, al ubicarse el tapón de llenado en el mismo.
 Ventilador.
Encargado de generar la corriente de aire que permita la cesión de calor por cualquiera de los
métodos existentes.
De accionamiento directo.
El ventilador dispone de una polea, en la que se ubica una correa que le
transmite el movimiento desde el cigüeñal.
Poco utilizado hoy en día, ya que el ventilador gira siempre que el motor está
en marcha, absorbiendo potencia del motor constantemente.
De accionamiento eléctrico.
Más conocido como electroventilador, el ventilador es accionado
por un motor eléctrico de corriente continua, que utiliza la
energía procedente de la batería. Su accionamiento está
gobernado por el termocontacto el cual lo accionacuandose
alcanza una temperatura determinada.
En la actualidad, se tiende a montar dos electroventiladores de
accionamiento diferenciado, conectándose primero uno de ellos,
y, de seguir ascendiendo la temperatura, entra a continuación en
funcionamiento el segundo.
De accionamiento viscoso.
El ventilador posee un accionamiento similar al directo, mediante correa, pero
con la particularidad de intercalar un embrague viscoso, a base de siliconas.
Su funcionamiento está basado en la sensibilidad de la silicona a la temperatura,
la cual tiende a solidificarse y actuar como transmisor de movimiento, cuando
ésta aumenta.
Este sistema ofrece pérdidas de potencia generadas por el arrastre del
ventilador.

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 Termocontacto.
Es un interruptor eléctrico, accionadoen función de la temperatura
del líquido refrigerante, con el que está en contacto, el cual gobierna
el accionamiento del electroventilador.
Se utiliza un material muy sensible a la temperatura, generalmente
una láminabimetálica, la cual, al dilatar por efecto de la misma, cierra
el citado interruptor, juntando los contactos del mismo.
 Manguitos y purgadores
Los manguitos son los conductos exteriores, a través de los cuales
el líquido se desplaza de un elemento a otro.
Se construyen generalmente a base de caucho (elasticidad),
interiorconstituidas por un trenzado a base de nylon (robustez).
Otros casos la mayor parte del manguito es rígida,
construyéndose a base de PVC o aluminio, siendo flexible en los
extremos, para los cuales se vuelve a recurrir al caucho.
Los purgadores, se disponen para evacuar el posible aire
existente en el circuito.
 Termosumergidos
Montaje de unas resistencias eléctricas, dispuestas en el interior del circuito de
refrigeración, las cuales, aceleran el calentamiento del líquido refrigerante para
conseguir la temperatura óptima defuncionamiento más rápidamente.
Dichas resistencias reciben el nombre de termosumergidos y son alimentadas por la
centralita de gestión del motor en función, sobre todo, de la temperatura del
refrigerante.
Refrigeración del Cilindro
Refrigeración de las válvulas: Las válvulas se refrigeran
fundamentalmente por el contacto entre el plato y el
asiento sobre la culata, el cual, a su vez, se refrigera a
través del agua del sistema de refrigeración. Como las
válvulas de escape funcionan hasta 700º, se precisa un
gran flujo de agua por el interior de la camisa
alrededor de las válvulas para evitar la formación de
bolsas de vapor y de puntos calientes.
 Camisas Seca: El refrigerante circula por las cavidades maquinadas en el bloque, no tiene
contacto directo con el cilindro
 Camisas Húmedas: el cilindro literalmente está flotando en el refrigerante.

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IV. EQUIPOS Y MATERIALES
Sistema de Refrigeración y calentamiento.
V. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
 Ubicar e Identificar los componentes del Sistema de Refrigeración
 Encender el sistema y esperara a que regularice
 Tomar los datos necesarios.

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Compreso
r
Evaporad
or
Expansor
Condensador
T
'
1
'
3
'
4
'
2
2
'
S
'
VI. CÁLCULOS EXPERIMENTALES
Sea el siguiente esquema
Punto 1: SALIDA DEL EVAPORADOR
Se tomaron los siguientes datos (lectura del manómetro) en este punto
Con ellos vamos a las tablas de propiedades termodinámicas y calculamos la entalpia:
Punto 2: ENTRADA DEL CONDENSADOR
Punto 3: SALIDA DEL CONDENSADOR

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De la gráfica se deduce:
Con ello calculamos el COP:
VII. CONCLUSIONES
Se logró identificar y analizar los diversos componentes del Sistema de Refrigeración, de
igual manera pudimos reflejarlo en sus diferentes aplicaciones.
Se determinó el COP llegando a un valor aceptable.
VIII. RECOMENDACIONES
 Llevar a cabo la experiencia en un ambiente caluroso para optimizar la eficiencia del
sistema.
 Visualizar los datos de manera correcta para evitar errores.
IX. BIBLIOGRAFÍA
Neyra castillo percy, sistemas de refrigeracion
o. levenspiel, flujo de fluidos e intercambiador de calor
http://es.scribd.com/doc/7329846/Sistema-de-Refrigeracion
http://www.servinel.es/uploads/noticias/09102005refrig-p.pdf

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ANEXOS
REFRIGERANTE
Es cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo o sustancia.
Con respecto al ciclo compresión-vapor, el refrigerante es el fluido de trabajo del ciclo el cuál alternativamente se vaporiza y se condensa
absorbiendo y cediendo calor, respectivamente.

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R-134a
El R-134a (HFC-134a) ha sido desarrollado para convertirse en uno del sustituto
clave de los refrigerantes CFC y HCFC. El R-134a es un sustituto a largo plazo,
seguro para el medio ambiente e inocuo para la capa de ozono.
Como refrigerante, tiene similares características de rendimiento energético y
capacidad que el R-12, y su toxicidad es intrínsecamente baja. El R-134a es el
refrigerante alternativo preferido para el aire acondicionado de automóviles.
Se puede utilizar en refrigeración doméstica y comercial así como en aire
acondicionado comercial e industrial.
Aplicaciones
 Refrigeración y aire acondicionado
 En el sector de la automoción, los fabricantes están utilizando actualmente el refrigerante
R-134a en los sistemas de aire acondicionado de sus vehículos. Además, se están
desarrollando kits de reconversión para adaptar los sistemas existentes de aire
acondicionado de automóviles de CFC-12 a R-134a.
 El 134a ha sido desarrollado para numerosas aplicaciones de refrigeración, entre las que
están incluidos las vitrinas de supermercado, las salas refrigeradas y los frigoríficos
domésticos. También se está utilizando el R-134a en algunos enfriadores centrífugos.
 El R-134a es adecuado tanto para equipos nuevos como para reconvertir sistemas de
refrigeración comercial de R-12 existentes. Generalmente, serán necesarios pocos
cambios de diseño de los equipos para sacar el máximo provecho de las prestaciones del
R-134a en esas aplicaciones. Para llevar a cabo la reconversión de sistemas de
refrigeración comerciales, consulte las directrices de reconversión al refrigerante 134a.
Lubricantes
El R-134a se está utilizando con lubricantes de polialquilenglicol (PAG) y con lubricantes de
poliolester. La mayoría de fabricantes de equipos originales de automoción han optado por
lubricantes PAG, específicos para sus sistemas. Para las aplicaciones ajenas al sector de la
automoción, la mayoría de fabricantes de compresores están recomendando lubricantes de
poliolester específicos. Los usuarios deben consultar al fabricante del equipo los lubricantes
recomendados para su sistema.
Características del R-134A:
 Pertenece al grupo de los HFC, al no tener cloro no son miscibles con los aceites minerales,
sólo se emplea aceite base ESTER.
 Evapora a –26ºC a presión atmosférica y es el sustituto definitivo para el R-12.
 Los HFC son muy higroscópicos y absorben gran cantidad de humedad.
 De los HFC el 134a es el único definitivo los demás se emplean para mezclas (R-125, R-
143a, R-152a).
 Se detectan las fugas mediante busca fugas electrónicos o con otros medios como
colorantes o el jabón de "toda la vida".

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R-22
El R-22es un refrigerante HCFC que funciona a alta presión pero con un mínimo desplazamiento
del compresor. El R-22 se utiliza especialmente en aplicaciones domésticas, comerciales e
industriales y también es empleado como medio para producir fluoropolímeros y como agente
soplante en aplicaciones de espuma rígida.
Tal y como contemplan los convenios internacionales sobre gestión de productos químicos
dañinos para el ozono, el uso del R-22 se está eliminando progresivamente en todo el mundo. Para
el año 2010, la mayoría de los países dejará de autorizar la producción del R-22 para su uso en
nuevos equipos de aire acondicionado. Además, la disponibilidad del refrigerante para aquellos
sistemas que sigan utilizándolo se irá reduciendo hasta que desaparezca cuando se agoten las
provisiones.
El R-410A ocupará el lugar del R-22 en la mayoría de los sistemas nuevos de aire acondicionado y
en menor medida, también se utilizará el R-407C.
Características del R-22:
o Este refrigerante es del grupo de los HCFC, inicialmente estaba diseñado para aire
acondicionado pero hasta hace poco se emplea para todo.
o Evapora a –40,8ºC a presión atmosférica, es miscible con el aceite mineral y sintético pero
en bajas temperaturas es recomendable utilizar separador de aceite.
o Acepta poco recalentamiento ya que de lo contrario aumentaría demasiado la
temperatura de descarga.
o Absorbe 8 veces más humedad que el R-12.
o Actualmente se prohíbe su empleo en equipos e instalaciones nuevas excepto para
equipos de aire acondicionado inferior a 100kw.
o Las fugas también se pueden detectar con lámpara.

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¿Qué refrigerantes son los más utilizados en equipos de aire acondicionado?
Los más utilizados son el R22, R-134a, R407C y el R410A.
 El R22 es el refrigerante más utilizado actualmente en el sector del aire
acondicionado, tanto para instalaciones de tipo industrial como domésticas.
 El R134a se utiliza normalmente en grandes equipos de enfriamiento de
aire.
 El R407C se utiliza normalmente en enfriadoras de agua de mediana y
pequeña potencia además de equipos splits (partidos).
 El R410A se utiliza actualmente en equipos splits (partidos).
¿Qué tipos de gases refrigerantes dañan la capa de ozono?
 Los CFCs (Clorofluorocarburos) y los HCFCs (Hidroclorofluorocarburos) son
los únicos refrigerantes que dañan la capa de ozono.
 Los CFCs son los que tienen mayor poder de destrucción de la capa de ozono.
 Los HCFCs afectan en menor medida que los anteriores a la capa de ozono
(R22).
 Los HFCs no afectan a la capa de ozono (R410A, R407C, R134a, etc).
¿El R22 daña la capa de ozono?
Al pertenecer a la familia de los HCFCs es un refrigerante nocivo para la capa de ozono. Su
utilización ya está regulada según un calendario que podemos ver más adelante.
¿Cuáles son los sustitutos del R22?
Los sustitutos del R22 deberán cumplir ciertas características:
– No dañar la capa de ozono.
– Tener un bajo efecto invernadero.
– No deberán ser tóxicos, ni inflamables.
– Deberán ser estables en las condiciones normales.
– Deberán ser eficientes energéticamente (buen COP)
– Los candidatos más importantes son: el R410A, R407C y R134a.

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¿Existe alguna ley que regule la utilización de estos gases?
El reglamento (CE) Nº 2037/2000 regula la utilización del R22. El
calendario establecido para el fin de su utilización es el siguiente:
 1 de enero de 2001: Prohibición de utilizar HCFCs como
refrigerantes en la fabricación de cualquier equipo de aire
acondicionado y refrigeración producido después del 31 de
diciembre de 2000, con excepción de equipos Solo Frío de una
capacidad inferior a 100kW y equipos Bomba de Calor.
 1 de julio de 2002: Prohibida la utilización de HCFCs como refrigerantes en la fabricación
de cualquier equipo de aire acondicionado Solo Frío exceptoequipos Bomba de Calor.
 1 de enero de 2004: Prohibición de fabricar todo tipo de equipos con HCFCs.
 1 de enero de 2010: Prohibido utilizar los HCFCs "nuevos", tanto para mantenimiento
como recarga de equipos de refrigeración y aire acondicionado existentes en aquella
fecha.
¿Qué características principales tienen estos sustitutos del R22?
R134a
 Presión más baja.
 Densidad de vapor más baja.
 Menor capacidad para mismo desplazamiento de compresor.
 Transferencia de calor inferior.
 Eficiencia isoentrópica del compresor inferior.
 Fluido puro.
R407C
 Presión igual.
 Igual densidad de vapor.
 Igual capacidad para mismo desplazamiento de compresor.
 Igual transferencia de calor.
 Igual eficiencia isoentrópica del compresor.
 Comportamiento zeotropico (fluido no puro, mezcla).
R410A
 Mayor presión.
 Mayor densidad de vapor.
 Mayor capacidad para mismo desplazamiento de compresor.
 Transferencia de calor y Delta P superiores.
 Eficiencia isoentrópica del compresor mejorada.
 Mezcla con comportamiento de fluido puro.
 El R410A es el refrigerante más recomendado para instalaciones de tipo doméstico.

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