UN POCO DE HISTORIA...
Las maquinas de frío nacen de la necesidad de conservar los alimentos, mas allá de su elaboración.
Fue en 1913 que apareció el primer frigorífico domestico accionado a mano! .Pero hasta 1918 no apareció un frigorífico a motor eléctrico creado por Kelvinator, eran los tiempos de Ford T.
La denominación de electrodoméstico no la tuvo hasta 1927 donde General Electric saco al mercado el modelo Monitor Top, con compresor hermético.
Llega el frigorífico y con el una pequeña revolución, ya no eran necesarias las especias ni los salados ni los ahumados para conservar la carne. Nació un nuevo oficio el de frigorista, y una nueva industria.
PROPAGACION Y MEDIDA DEL CALOR
El calor es una forma de energía que puede ser transferida pero no destruida.
Esta energía fluye espontáneamente de un cuerpo mas caliente a otro más frío.
Hay que pensar en términos de mas calor o menos calor, y nunca en mas calor o más frío. Es decir en invierno no entra frío por las paredes si no que cedemos calor al exterior, pensando de esta manera tendremos más claros muchos conceptos.
Refrigerar es extraer calor (no es " aplicar frío"), es extraer calor.
Se extrae calor de un cuerpo por: conducción, convención, y radiación.
La conducción es una manera de trasmitirse el calor en el mismo cuerpo sólido, el calor "corre" a través del sólido a una "velocidad" que depende de su conductividad,
La convección es una manera de transmisión del calor en líquidos y gases. Cuando calentamos estos cambian de densidad y ascienden alejándose del foco de calor siendo substituidos por un fluido más frío que repite el mismo ciclo. Se crea a sí un circuito " cerrado".
Este fenómeno se aprecia claramente en un refrigerador con evaporador estático (sin ventiladores) o un radiador de agua caliente ubicado en una habitación.
En el caso de un evaporador estático, este extrae calor del aire que lo circunda reduciendo su densidad y "cayendo este aire frío hacia abajo" siendo substituido por aire caliente que sigue el mismo ciclo.
La mayoría de las veces se extrae calor por "convección forzada" basándose en ventiladores para acelerar esta transmisión de calor.
En la refrigeración y el acondicionamiento de aire se refrigera extrayendo calor por convección y conducción,
Calores...
"Hay varios calores"...
Temperatura es el nivel de calor de una substancia, "la altura". Se mide en grados centígrados.
Cantidad de calor que contiene una substancia se mide en kilocalorías " el volumen". Las kilocalorías no existen de manera absoluta si no que calculan al transmitirse estas a otro cuerpo con una temperatura determinada.
Es decir un cuerpo a 20 grados puesto en contacto con otro cuerpo a 19 grados transmite menos kilocalorías que un cuerpo de 20 grados a otro de 2 grados...
El calor especifico, da una idea de lo " difícil" que es calentar una substancia.(Descripción para estar por casa) o bien es la cantidad de calor que se tiene que aplicara un Kilo de lo que sea para que aumente su temperatura un grado.
Lo más "difícil" de calentar o enfriar es el agua, que necesita 1 kilocaloría para aumentar un grado (un kilo de agua), los demás fluidos tienen un calor especifico menor ya que " cuestan menos de calentar y enfriar" se mide en Kcal/Kg.
Podemos tener una cantidad ingente de Kilocalorías(respecto a la temperatura ambiente) a una " baja temperatura" como seria una piscina a 15 grados.
O bien pocas calorías a "mucha temperatura" como puede ser un alambre fino al rojo vivo.
ESTADOS DE LA MATERIA y el principio de ORO
Se puede cambiar el estado de la materia añadiendo o extrayendo calor a esta, todos sabemos que si extraemos calor al agua hasta alcanzar 0 Grados esta se convierte en hielo, si al agua le aplicamos calor la haremos evaporar,
Aquí un concepto importante: el calor suministrado para conseguir evaporar es restituido en la fase de la condensación. O dándole la vuelta al concepto: si extraemos calor de un vapor lo condensamos y lo pasamos a liquido otra vez.
Jugando con este concepto: si conseguimos evaporar un liquido absorberemos calor,
En una instalación frigorífica no se hace mas que OBLIGAR a un freón en estado liquido a evaporarse, esto se hace con un compresor que "CHUPA" sobre él (sobre sus vapores) de esta manera al obligarle a evaporarse tiene que absorber calor del medio que le circunda, así extrae calor del recinto, ese calor se lo " lleva" el vapor que es aspirado por el compresor.
¿No os ha pasado cuando pulverizáis con un espray que se os congela el dedo?.
Lo que ha pasado es que dentro del bote hay liquido, (es liquido porque esta contenido en un recipiente y esta a presión), y este liquido al pasar a un medio donde la presión es mucho menor se ha visto OBLIGADO a evaporarse, y como ha cambiado de estado ha tenido que absorber calor, Una parte de este calor la extrae de si mismo y otra del ambiente. por eso el vapor pulverizado esta frío y el dedo se nos congela....Es importante entender este concepto porque si se entiende esto se entiende como se puede producir frío... perdón... :-) extraer calor...
CALOR SENSIBLE LATENTE Y PRESION
Cuando aplicamos calor a una substancia y esta responde aumentando la temperatura estamos aplicando calor sensible.
Cuando aplicamos calor a una substancia y esta no aumenta la temperatura pero si cambia de estado estamos aplicando calor latente.
Pero para cambiar de estado un fluido evaporándolo se necesita muchisimo calor, Este calor se llama calor latente de evaporación. De aquí se desprende que es mucho más fácil absorber calor con un cambio de estado de un fluido que con el calentamiento del mismo. Es decir si en una cámara frigorífica tuviéramos que enfriar la mercancía haciendo pasar por el intercambiador un fluido a -20 grados tendríamos que mover un caudal del mismo muy grande ya que trabajamos con el calor sensible de este liquido, en cambio si por este intercambiador producimos un cambio de estado de liquido a vapor necesitamos mover un caudal mucho menor de fluido. si este liquido tiene un calor latente de evaporación muy alto posiblemente estaremos hablando de un freón o fluido refrigerante.
En un cambio de estado liquido-vapor la temperatura se mantiene constante y depende de la presión que tenga "encima" por ejemplo: el agua cambia de estado a 100 Grados a la presión atmosférica de un Bar y se mantiene en esa temperatura todo el rato. Si hervimos agua a 8000 metros la temperatura de esta será menor ya que tiene una menor presión "encima", si hervimos agua en un autoclave el cambio de estado se producirá a 120 grados porque la presión que el agua tiene encima es mayor. Por lo tanto vemos que controlando la presión que tenemos sobre el agua controlamos la temperatura a la que se evapora.
Pero imaginemos que tenemos un liquido que ya a la temperatura ambiente hierve y se evapora pero a -40 Grados
Si consiguiésemos CONTROLAR la presión que tiene ese fluido encima podríamos controlar la temperatura a la que cambia de estado.
Imaginemos... tenemos una botella de freón que la abrimos dentro de un tanque hermético que esta a la presión atmosférica y nosotros estamos dentro ( es una suposición ) abrimos la botella y se vierte este liquido al suelo, este se empieza a evaporar rápidamente en el suelo del tanque a - 45.
Vemos como hierve en el suelo y se va evaporando, a medida que se va evaporando aumenta la presión dentro del tanque hermético de manera que cuando del tanque tenemos 2 bares de presión (que los ha producido el mismo vapor) ya no esta el fluido que se evapora a -45 si no que esta a -18 .
Sigue evaporándose y sigue aumentando la presión encima de este fluido ahora ya tenemos 4 kilos dentro del tanque y el freón de evapora mas lentamente casi hay un charco en el suelo, medimos y hay -5 en el charco, seguimos vaciando esta botella dentro del tanque... ahora adivinar a que presión se quedara el tanque... si este esta en un local a 30 grados el tanque se quedara con una presión de 14 kilos y el freón de dentro ya no se evaporara mas y se quedara a una temperatura de 30 grados también, además vemos que a medida que vertemos el freón de la botella este hace un charco en el suelo del tanque, esta el sistema en equilibrio... este fluido es como no . :-) el R-502.
A cada presión le corresponde una temperatura.
Si ahora conectamos un compresor que aspire del tanque bajaremos la presión que tiene el charco de freón en el suelo encima suyo y como bajamos la presión bajamos la temperatura... Mira por donde estamos produciendo frío.
Mas cosas... la presión dentro de una botella de freón solo depende de la temperatura nunca depende de lo llena o vacía que este. Solo con una gota de freón que tengamos dentro ya nos dará la presión correspondiente a la temperatura que este la botella.
Por la misma ley es imposible saber si una instalación que esta parada ( el compresor parado ) tiene o no el suficiente gas dentro, si miramos con los manómetros solo veremos una presión que corresponde con la temperatura a la que esta la maquina.
¿Entonces como sabemos si una botella de freón esta a punto de acabarse? Simplemente moviéndola e intuyendo los kilos que hay dentro por la inercia que estos tienen al bascular la botella
Sobre la presión... Una substancia gaseosa sometida a presión disminuye de volumen... con un incremento de la energía interna que se manifiesta con un incremento de temperatura... Recordar cuando hinchabais las ruedas de la bici... ¿Verdad que se calentaba la mancha? ;-)
La variación de la presión influye en el cambio de estado, bajándola favorecemos la evaporación y aumentándola favorecemos la condensación.
Cuando comprimimos un gas a este le añadimos el calor de compresión.
Si estos vapores que son aspirados por el compresor los comprimimos y los enfriamos volveremos a tener liquido. Es decir los vapores absorbidos del evaporador que ya tienen el calor latente de evaporación son comprimidos añadiéndoles el calor de compresión, se "meten" en un serpentín refrigerado por liquido o agua donde ceden al aire el calor de compresión mas el calor latente de evaporación que han sacado de la camara.
Es como si sacáramos el calor de dentro de la cámara hacia afuera.
Bueno creo que ya es hora de poner un dibujito de un circuito frigorífico.
CICLO FRIGORIFICO
Ya me perdonareis la calidad pero creo que se entiende...
Después ya en el punto 5 tenemos refrigerante liquido a alta presión y a alta temperatura dispuesto para seguir el ciclo.
¿Que hay en cada punto?
Aspiracion del compresor, tenemos gas sobrecalentado a baja presion, el compresor aspira los vapores que se forman en el evaporador
Descarga del compresor, tenemos gas a alta presión y alta temperatura, esta presión es la presión de condensación que a su vez depende de lo bien o mal que condensemos, por ejemplo la descarga puede estar a 90 grados.
Entrada al condensador, a la misma presión que el punto 2 pero con algo menos de temperatura. ponle 85 grados.
Condensador, una mezcla de gas saturado y liquido a la presión de condensación aquí la temperatura ya ha disminuido y corresponde según las tablas de vapor saturado, ponle 40 grados, a medida que vamos saliendo del serpentín o intercambiador cada vez hay mas liquido y menos gas. Vamos.. que estamos condensando el vapor que descarga el compresor y estamos obteniendo liquido.
Aquí si hemos condensado bien tenemos liquido saturado, a los 40 grados de la presion de condensación, estamos listos para repetir el ciclo.
Salida del deposito de liquido (si lo hay). En algunas instalaciones grandes se pone un deposito de liquido capaz de guardar el 125% de todo el gas que cabe en la instalación, para recuperarlo si tenemos una avería y no perderlo y tambien como acumulador que permite suministrar liquido a la válvula de expansión sean cuales sean las condiciones en las que trabaje la instalación, .El deposito de liquido estará casi lleno cuando la instalación este a baja carga y estará casi vacío cuando la instalación este a plena carga y las válvulas de expansión abran a tope para regar el evaporador. Tiene una llave en su salida para poderla cerrar y "recuperar el gas" que queda encerrado entre esta válvula y la válvula de descarga del compresor ( que no deja pasar el fluido hacia atras).
Liquido a la presión de condensacion pero subenfriado por ejemplo 35 grados, cuanto mayor sea el subenfriamiento mejor rinde la instalación, ya que el refrigerante dispone de mas entalpia en su evaporacion para llevarse el calor del evaporador, dicho de otra manera para el mismo desplazamiento del compresor ( que mueve unos determinados kilos de refrigerante) tenemos una mayor diferencia de entalpias por kilo de refrigerante.( esto se entiende mejor con un entalpico ). Este punto esta antes de la entrada del deshidratador.
Salida del deshidratador prácticamente igual que el punto 7 menos una pequeña perdida de carga que produce este filtro, ( y cuando esta sucio mas), Cuando esta sucio poniendo una mano antes y después se advierte la diferencia de temperatutas. (recordar que a cada pesion corresponde una temperatura y si perdemos presión tambien baja la temperatura)
Definición "oficial":
El trabajo de una maquina frigorífica se realiza siguiendo un ciclo térmico cerrado en el curso del cual una carga de gas refrigerante retorna periódicamente a asumir el valor inicial de engría interna.
El ciclo se compone de una fase de compresión condensación y otra de expansión evaporación las cuales al alternarse consiguen transferir calor de la cámara al ambiente exterior
ENTALPIA
En un cambio de estado se intercambian una cantidad de calor, que para calcularse muchas veces se recurre a la entalpia, digamos que entalpia es como calor total...
PSICROMETRIA
SISTEMA FRIGORIFICO A COMPRESION
Mas cosas a considerar...
Luego como vimos antes un sistema frigorifico no es mas que una secuencia de cambios de estado.obtenidos mediante la compresion y expansion de un fluido refrigerante.
que con este ciclo se lleva el calor desde la camara hasta el exterior.
El fluido absorve calor latente de evaporacion en el paso de estado de liquido a vapor y este calor latente lo " suelta" cuando es licuado o condensado el gas.
La temperatura a la cual ocurren estos cambios de estado es constante y esta ligada a la presion a la que ocurra este cambio de estado.
El calor siempre va de un cuerpo mas caliente a otro mas frio, si un cuerpo facilita el intercambio de calor a su traves es conductor ( los metales ) si dificulta el paso del calor a su traves se dice que es aislante.
El volumen de un gas varia con la presion a la que es sometido. Para una misma temperatura si el volumen aumenta es que la presion ha tenido que disminuir.
Otras maneras de hacer frio
El sistema mas utilizado para hacer frio es es sistema a compresion pero hay otros dos sistemas, el del efecto pertier y el de adsorcion ( las neveras a gas )
Adsorcion.
Este sistema necesita para hacer frio paradojicamante: calor, el calor de una llama o de agua calentada mediante placas solares.
sor reacciones quimicas en un circuito cerrado. ( que no se como funcionan ni me importa). alli donde hay un proceso industrial donde se deseche calor y se necesite frio tiene aqui una excelnte indicacion.
Efecto peltier. se manifiesta como un enfriamiento de la "soldadura" de dos metales cuando por ellos atraviesa la corriente elctrica, visto desde fuera es igual que un disipador de calor , por una parte tiene una cara fria y por la otra esta caliente, tiene como aplicaciones pequeñas neveras alimentadas a 12v,( neveras de coche ) aplicaciones en medicina, etc, pero a pequeña potencia.
Origen: https://www.frioextrem.com/curso.htm
