Tema 2.4, Apuntes de Ingeniería Industrial

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TEMA 2.

REFRIGERANTES Y SISTEMAS DE

REFRIGERACIÓN

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• Ciclo inverso:
  • Presurización del vapor (1-2)
  • Condensación del vapor con agente externo (2-3)
  • Expansión del líquido (3-4)
  • Enfriamiento por evaporación del líquido (4-1)

pc

pe

h

• Requisito del refrigerante : fluido condensable a T de trabajo

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• Según criterios de seguridad (Reglamento de Seguridad para Plantas e

Instalaciones Frigoríficas):

• De alta seguridad: No combustibles, poco o nada tóxicos
• De media seguridad: Acción tóxica o corrosiva. Mezclas con aire explosivas al 3.5% en volumen o más
• De baja seguridad : Mezclas con aire explosivas a menos de 3.5% en volumen

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• Según su naturaleza y composición:
  • Inorgánicos: H 2 O, CO 2 , SO 2 , NH 3
  • Orgánicos:
    • Hidrocarburos (HC): CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 ,C 4 H 10
    • Halogenados:
      • Totalmente (con halógenos y sin Hidrógeno):
        • CloroFluoroCarbonos (CFC): con Flúor y con Cloro
        • PerFluoroCarbonos (PFC): sin Cloro ni Bromo (Todo F)
      • Parcialmente (con halógenos y con Hidrógeno):
        • HidroCloroFluoroCarbonos (HCFC): con Cl, F e H
        • HidroFluoroCarbonos (HFC): sin Cloro ni Bromo (F e H)

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• Amoníaco: NH 3 (R-717):

 Alta eficiencia térmica (gran conductividad, gran Hvap)  ODP y GWP nulos  Barato (entre 10 y 20 veces más que los freones)  Toxicidad por fugas detectable (peligroso a 2000 ppm, detectable a 5 ppm)  Inflamable a alta T (600ºC) y en estrecho rango de concentraciones  Grandes instalaciones

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• Dióxido de carbono: CO 2 (R-744)
  • Escaso mercado actual, pero grandes posibilidades futuras  No tóxico, abundante, barato  No inflamable  Limitación por baja Tcrit (31ºC).
  • Aplicaciones alta seguridad: Buques, hipermercados

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• Agua: H 2 O (R-718)

 Abundante, barata, inocua al medio ambiente

 Baja viscosidad

• Aire acondicionado en grandes espacios
• Aplicaciones de alta seguridad: minas, aeropuertos, locales públicos
• Sistemas combinación de frío y calor (agua caliente)
• Bombas de calor de gran potencia. Combinación con generación de vapor

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• Definición:
  • Sistema que permite enfriar una sustancia o recinto por

debajo de la temperatura de su entorno, a costa de absorber

energía

• Basados en ciclos termodinámicos inversos
  • Objetivo: enfriar
  • Objetivo: calentar
• Clasificación:
• Métodos químicos: Basados en el cambios de entalpía en

disoluciones. No interés industrial. Laboratorio

• Métodos físicos: Cesión de calor del medio a un fluido

refrigerante que recorre un ciclo termodinámico inverso.

• Cambio de fase
• Expansión de gases
• Efectos específicos (eléctricos y magnéticos)

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• Sistemas de refrigeración por cambio de fase (cont.):
  • Vaporización: Clasificación según la ciclicidad del proceso:
    • Vaporización directa:
      • Con fluido perdido
      • Proceso no cíclico y discontinuo
      • No necesitan aporte energético exterior
      • Ej: Nitrógeno líquido, aire líquido, agua
      • Aplicación: transporte frigorífico, instrumentación, incendios
    • Vaporización indirecta:
      • Recuperación del fluido
      • Proceso cíclico (ciclo inverso) y continuo
      • Necesitan aporte energético exterior
      • Ej: líquidos refrigerantes
      • Aplicación: Industria, doméstico, transporte

p

S F V

T

PC

PT

p

S F V

T

PC

PT

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• Sistemas de refrigeración por vaporización indirecta:
  • Ciclo inverso:
    • Presurización del vapor (1-2)
    • Condensación del vapor con agente externo (2-3)
    • Expansión del líquido (3-4)
    • Enfriamiento por evaporación del líquido (4-1)

pc

pe 4 1

(^32)

h

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• Producción neta de calor: negativa
• Trabajo neto: negativ o
• Eficiencia si objetivo refrigeración:
• Eficiencia si objetivo calefacción:

c a

a

comp

a ref ref Q Q

Q

W

Q COP  







c a

c

comp

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W

Q COP  







Q

W

Q

F.C.

F.F.

M.T.

c

a

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• 1-2: Compresión mecánica del vapor (compresor)
• 2-3: Condensación del vapor (condensador)
• 3-4: Laminación del líquido (válvula de expansión)
• 4-1: Evaporación del líquido (evaporador)

Q

Q

W

c

a

c

1

2 3

4

Compresor válvula

evaporador

condensador