historia de la produccion de frio
TRANSCRIPT
1 de 45
FRIO
IND
UST
RIA
L
AYU
DA
DO
CE
NT
E
Enrique Torrella
PRODUCCION DE FRIO
EVOLUCION
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Hielo natural. Primeros usos
2
1000 a.C. Chinos cortando y almacenando hielo.
Nevera del castillo de Olite (Navarra)
Un siciliano, Francisco Procope de Coltelli, la primera heladeria en su su café parisino el "Café Procope"
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
In the 11th century, the refrigerated coil, which was able to condense aromatic vapors, was invented by the Persian scientist Ibn Sina (Avicenna). He used refrigerated tubing to distill the essential oils.
Condensación de vapores
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Blas Villafranca, en su tratado de 1550 “Methodes refrigerandi ex vocato sale nitro vinum aquamque ac potus quodvis aliud genus, cui accedaent varia naturalium rerum problemata, non minus jucunda lectu, quam necesaria cognitu”, Villafranca utiliza el término refrigerar por primera vez. La mezcla de hielo con sales, para descensos de temperatura mas acentuados, es registrada tanto por Battista Porta (1589) como por Tancredo (1607).
Procesos químicos. Mezclas
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
• En 1748 el ruso G. Richmann (Георг Вильгельм Рихман) presentó, en la Academia Imperial de Ciencias de San Petersburgo, donde estaba a cargo del observatorio astronómico, un trabajo sobre experimentos con frío artificial. Colaborador de Mikhail Lomonosov, fue un pionero en el estudio de la electricidad y calorimetría, murió electrocutado por un rayo.
Georg Wilhelm Richmann (1711 - 1753)
William Cullen fué un químico de la Universidad de Glasgow, profesor de Black. En 1748 evaporó eter etílico en vacio y en 1755 enfrió agua realizando vacio sobre ella. Fué autor de “Of the Cold produced by Evaporating Fluids, and of some other Means of producing Cold” (enfriamiento de aire por evaporación de liquidos en vacio). Cullen no consiguió aplicar su descubrimiento a propósitos practicos. En 1777, Gérald Nairne añadió acido sufúrico para acelerar el proceso.
William Cullen
(1710-1790)
En 1781 Tiberius Cavallo en su “Philosophical Transactions of the Royal Society” describió su experimentación en producción de frío mediante la evaporación de eter.
Tiberius Cavallo (1749-1809)
Precursores del frío artificial por evaporación
5
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
En 1805 Frederic Tudor (1783-1864) fundó la Tudor Ice Company, y se hizó acreedor del sobrenombre de “rey del hielo” transportando por mar este producto al Caribe, Europa e incluso hasta la India.
La revolución del hielo natural
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Oliver Evans fué quizá el primero en proponer el uso de ciclos cerrados en refrigeración en un tratado aparecido en Filadelfia (The Young Steam Engineer’s Guide) en 1805, en la que describe un ciclo de refrigeración por compresión y evaporación de éter etílico. Este principio fue utilizado con posterioridad por Perkins y Harrison. Además fue impulsor de la combinación de calor y potencia, inicio de la cogeneración, la cual fue patentada en 1784 por Sutton Thomas Wood.
Oliver Evans (1755-1819)
Richard Trevithick; en 1828 publica un ensayo sobre The Production of Artificial Cold. Inventor e ingeniero de minas, pionero del ferrocarril, ideó y construyó una locomotora a vapor de alta presión, que fue instalada en País de Gales (1803).
Richard Trevithick (1771 - 1833)
Intentos teóricos máquinas de compresión
7
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
• Con su hermano, James, desarrolló lo que sería el motor Stirling. La máquina GENERADORA “Stirling” fue ideada por Robert Stirling en 1816. Desde su invención fueron desarrollados diferentes tipos con el objetivo de aumentar su potencia y eficiencia. No obstante, su producción fue limitada frente a la de Otto inventada en 1877 y la de Diesel de 1893.
ROBERT STIRLING (1790-1878)
• Este tipo de máquinas no se usaron en el campo del frío hasta 1834 en el que John Hershel las utilizó en ciclo cerrado para la fabricación de hielo.
John Herschel (1792 - 1871)
La máquina Stirling
8
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
• La termoelectricidad, tiene su origen en 1821 con Seebeck (1770 - 1831), y el desvío de una aguja imanada en la proximidad de un circuito, integrado por dos conductores diferentes, el cual era calentado parcialmente. Seebeck consideraba la magnetización como un efecto del gradiente térmico (pensaba que el magnetismo terrestre se debía a la diferencia de temperaturas entre el Ecuador y los polos).
Thomas Jordan Seebeck (1770 - 1831)
• En 1834, Peltier puso de manifiesto el efecto térmico asociado al paso de una corriente eléctrica a través de la unión de dos conductores diferentes. Como en el caso de Seebeck, la explicación dada por Peltier a los resultados de su experimentación no fue la correcta, ya que pensó haber encontrado un fallo a la ley de Ohm en el dominio de las bajas intensidades. No es hasta 1838 que Emil Lenz logró la congelación de una gota de agua, y su fusión por mera inversión del sentido de circulación eléctrica.
Jean Charles A. Peltier (1785 - 1845)
• En 1851. Thomson mostró la existencia de un gradiente térmico asociado al paso de una corriente eléctrica en un único material, el fenómeno trae como consecuencia un calentamiento (ó enfriamiento) de naturaleza diferente a la que se genera por efecto Joule. Además Thomson relacionó los diferentes efetos termoeléctricos.
William Thomson (1824-1907)
La refrigeración termoeléctrica
9
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
• JHON LESLIE; desarrolló un método para obtener hielo artificial. En 1804 publicó “An Experimental Inquiry into the Nature and Propagation of Heat”, y en 1823 construyó un aparato capaz de producir la congelación de agua por evaporación de un liquido.
JHON LESLIE (1766 -1832)
• MICHAEL FARADAY; Científico e inventor, descubrió que comprimiendo y licuando amoníaco podía enfriar aire cuando el amoníaco líquido se evaporaba. Trabajo simultáneamente en diversos campos, como licuefacción de gases comunes, estudio del electromagnetismo, teoría de la propagación de la luz, electroquímica...
MICHAEL FARADAY (1791-1867)
Precursores de la máquina de absorción
10
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
La primera máquina de compresión. Jacob Perkins
11
A partir de los trabajos de Evans y Trevithick, Jacob Perkins (1766-1849) fabricó un compresor y obtuvo la primera patente de una máquina de compresión simple, patente británica nº 6662 en 1834, descrita como “Improvement in the Apparatus and Means of Producing Ice and in Cooling Liquids” con vistas a la fabricación de hielo. En la descripción para la obtención de la patente, Perkins hablaba de su máquina como “un aparato o medios mediante los cuales estoy capacitado para usar fluidos volátiles con el objeto de producir el enfriamiento o la congelación de líquidos y, al mismo tiempo, condensar constantemente dicho fluido volátil para usarlo una y otra vez, sin desperdicio”. Los fluidos refrigerantes utilizados eran éter sulfúrico y metílico. "Ya saben fabricar hielo", dicen que comentó el Papa Gregorio XVI al enterarse del invento de Perkins, "eso es meterse en el terreno de Dios. Ahora van a llevar su irreverencia blasfema hasta el extremo de fabricar sangre".
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
El asistente de Perkins, John Hague, construyó una máquina bajo patente de Perkins en 1834, pero encontró que le eran necesarias unas modificaciones. No solo Hague cambió el diseño, sino también cambió el refrigerante. Hague usó solventes volátiles, como la Caoutchoucine, líquido volátil obtenido de la goma natural. En el siglo XIX, la goma natural (comúnmente referida como caucho) era importada de la India
La máquina de compresión. Cauchina. John Hague
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
La primera máquina de aire. DR. John Gorrie
13
DR. JOHN GORRIE (1803-1855); diseño la primera máquina de aire con destino al acondicionamiento de aire en un hospital de Florida. En 1844 diseñó una máquina de ciclo abierto, que funcionaba con aire comprimido, para la producción de hielo y el enfriamiento del aire para el uso del hospital. En abril de 1848 su máquina fue construida en Cincinnati por la Cincinnati Iron Works y en octubre de ese mismo año pudo realizar demostraciones de su funcionamiento. Su publicación en “Scientific American” es de 1849, en 1850 recibió la patente inglesa 13 124, y en 1851 la U. S. Patent 8080 “Improved process for the artificial production of ice”. Las máquinas de aire siguieron su desarrollo en base a los trabajos de Alexander Carnegie Kirk (1830 -1892) con sus máquinas de ciclo cerrado, En 1877 Leicester Allen (1832-1912) construyó otra máquina en ciclo cerrado de alta presión (15 bar). Otras realizaciones se deben a Franz Windhausen (1829-1904) y Paul Giffard (1837-1897)
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Máquinas de compresión. R-744. Alexander C. Twinning
14
ALEXANDER C. TWINNING (1801–1884). La primera utilización del CO2 como fluido frigorígeno fue descrita por él en el año 1850. En base a las ideas de Perkins comenzó a proyectar y construir plantas de fabricación de hielo, usando éter etílico como refrigerante y llegando en 1853 a obtener 725 Kg diarios de hielo, también utilizó éter sulfúrico hacia 1856. Entre 1853 y 1874 obtuvo las patentes 10 221 “Manufacturing Ice“, 34 018 “Improvement in apparatus for cooling and freezing”, 31 993, 35 051, 121 975, 146 620 y 146 621. Fué competidor tanto de J. Harrison como de F. Carré.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
La primera máquina de absorción. Ferdinad y Edmond Carré
15
A partir de los experimentos de Edward Nairne, John Leslie y John Vallance se sentaron las bases de las máquinas de absorción pero fue Edmond Carré (1833- 1894) el primero en comercializarlas con la mezcla ácido sulfúrico-agua, el dispositivo tenía como finalidad el enfriamiento de líquidos. Por su parte su hermano Ferdinad (1824-1900) sustituyó el acido sufúrico por amoníaco. La presentación de esta máquina en la exposición universal de Londres, provocó una gran conmoción, por la paradoja de utilizar calor en dicha producción. El apellido CARRE había entrado en la historia de la producción de frío como uno de sus pilares básicos, tanto por su aportación de un método de producción, como por ser los primeros en utilizar amoníaco como fluido refrigerante. La obtención, en 1860, de la patente USA 30 201 “Improvement in apparatus for freezing liquids” por parte de Ferdinand Carré (máquina de absorción de ciclo cerrado), inició el despegue de la producción del frío artificial.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
SINCE DECEMBER 1852, when Lord Kelvin (1824-1907) presented before the Glasgow Philosophical Society a modest little paper, "On the Economy of the Heating or Cooling of Buildings by Means of Currents of Air," the Heat Pump has been a prime target for technical writers.
El concepto de la bomba de calor: Lord Kelvin
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de compresión. James Harrison
17
JAMES HARRISON (1816 - 1893). James Harrison, impresor de Glasgow. Un día mientras limpiaba los tipos observó el efecto que ejercía sobre el metal y cómo se producía su evaporación. Harrison explotó el proceso comprimiendo éter gaseoso con una bomba hasta licuarlo, después disminuía la presión, con lo que el éter volvía a evaporarse, enfriándose el metal considerablemente al hacerlo. Aplicó el sistema a una fabrica de cerveza, donde se bombeaba gas de éter frío en tuberías que rodeaba el edificio En base a los trabajos de Perkins construyó una máquina de compresión que trabajaba con éter como refrigerante. En 1857 la patentó, esta máquina fabricaba tres toneladas diarias de hielo. En 1859 fundó una compañía para fabricar su máquina en Sidney, y dos años después comenzó una producción limitada en Inglaterra.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de compresión. Augustus Siebe
18
Siebes' patent ice-making machine, 1862. Siebes' patent ice-making machine exhibited at the world's fair in London, 1862. Augustus Siebe (1788-1872) was a German-born British engineer chiefly known for his contributions to diving equipment. Siebe and Harrison's patent ice-making machine, 1862. This machine was patented by James Harrison in Australia in 1859, and the design was then improved by Augustus Siebe & Co of London in 1861. It operated by using compression of ether followed by its sudden expansion to freeze water. Apparently it was capable of 'converting 200 gallons of spring or river water into solid ice without using chemicals'. The machine is shown at the International Exhibition, London, held in 1862.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de compresión. Charles Tellier
19
(1828-1913) Su máquina de compresión con refrigerante éter metílico obtuvo en 1864 la patente inglesa Nº 387. En 1876 transportó, a bordo de su barco "Le Frigorifique", una carga de carne desde Buenos Aires a Rouen.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de compresión.Daniel Livingston Holden. Chimogeno
1867 Daniel Livingston Holden began constructing ice making Plants using chymogene (petroleum ether) refrigerant. Around 1865 Daniel Livingston Holden installed a Carré machine in San Antonio and made several improvements on it. He equipped the machine with steam coils and used distilled water to produce clear ice. By 1867 three companies were manufacturing artificial ice in San Antonio. At that time there were only five other ice plants in the entire United States. About 1866 or 1867 Holden acquired the Peter Henri Van der Weyde compression patent, which used petroleum ether and naphtha as refrigerants, and in 1869 Holden took out a patent on his own designs. That year he also partially supervised the installation of a sixty-ton-capacity Carré plant in New Orleans. He extended his activities across Texas and into Louisiana and the South.
1869 Daniel Livingstone Holden’s machine for making ice, New Orleans
1880 Holden’s improved ice plant, Philadelphia
20
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de compresión. Thaddeus Sobieski Coulincourt Lowe. R-744
21
Este aeronauta e inventor (1832-1913) también utilizó el dióxido de carbono, patentando una máquina de compresión (patente inglesa 952 del año 1867, y patentes USA 63 404 (1867) “Improvement in apparatus for the manufacturing of ice”, 63 405 (1867) “ Improved apparatus for condensing carbonic acid, and for drawing off and applying the same for cooling and freezing” y 68 413 (1867) “Improved mode of manufacturing ice”). Construyó una máquina para fabricación de hielo en 1869 en Jackson (Missisipi) y otra para el transporte de carne en el barco “William Tabor”. También construyó calderas y equipos de para gasificación de coke.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo diversas máquinas. Franz Windhausen
22
Este alemán (1829-1904), ya mencionado con anterioridad, diseño una máquina de aire en ciclo cerrado en 1868, a cual podía ser movida por vapor, agua o viento y producía de 100 a 1000 libras de hielo por hora. Windhausen construyó mas de cien unidades en Europa y estados Unidos. 1876-77: F. Windhausen built the first industrial water vapor refrigerating machines. En 1886 diseño una fábrica de hielo, servida por una instalación de compresión con dióxido de carbono como fluido refrigerante, patente inglesa 2864, la cual fue adquirida por J & E Hall de Inglaterra.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1869 EL COMPRESOR DE DOBLE EFECTO
1869 Double acting ammonia compressor constructed in New Orleans by Francis DeCoppet. Durante 1869, el sistema de refrigeración diseñado por Charles Tellier de Francia, elaborado en Nueva Orleans. El sistema de Tellier normalmente usaba éter metilico, pero alguien lo sustituyó por amoníaco. Francis DeCoppet desechó el compresor de Tellier, puesto que fue diseñado para bajas presiones, para construir un nuevo compresor diseñado expresamente para amoníaco.
23
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de compresión. Compresor de amoníaco. David Boyle
24
(1837-1891)En 1872 diseña la primera máquina de compresión con amoníaco como fluido refrigerante, la cual fue fabricado hasta 1905. Su compresor de amoníaco obtuvo la patente U.S. Nº 128 448 “Improvement in ice machines”. Con la ayuda de R.T. Crane fabricó tres compresores de amoníaco uno para el King Ranch en Texas, otro para Austin y el tercero para el Philadelphia Centennial Exposition de 1876. Fundó su propia compañia la “Boyle Ice Machine Co.”.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Inconvenientes del amoníaco Tavernes Blanques (Valencia). 27/11/2004
25
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de compresión. SO2. Raoult Pictet
26
En 1874 el profesor suizo Raoul Pictet (1842-1904) diseñó una máquina de compresión que utilizaba dióxido de azufre como fluido refrigerante, para evitar el peligro derivado de este fluido se utilizaba refrigeración indirecta, enfriando glicerina, la cual era bombeada a su punto de aplicación, una pista de patinaje.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Australia. Transporte de carne. Thomas Sutcliffe Mort & Eugene Dominique Nicolle
27
Nicolle (1824-1909) , ingeniero francés, en cooperación con el industrial Mort (1816-1878), inventaron y patentaron gran cantidad de equipamiento, 12 patentes en diez años desde 1875, con destino al transporte de carne congelada desde Australia hacia Inglaterra, en 1879 transportaron en el “Stratheleven” 40 toneladas de carne.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de compresión. NH3. Karl Paul Gottfried von Linde
28
Profesor de teoría de máquinas en la “Technische Hochschule” de Munich, fundó en Wiesbaden en 1879 una sociedad para explotar su patente de máquina para fabricación de hielo. Desde 1890 vivió en Munich donde instaló un laboratorio de ensayo de máquinas frigoríficas. Escribió la obra “Sauerstoffgewinnug mittels fraktionierter Verdampfung flüssiger Luft“ en 1902. Von Linde (1842- 1934) es uno de los grandes precursores de la utilización industrial del frío, utilizando tanto dióxido de carbono como amoníaco. En 1876 obtuvo la patente británica nº 1468, en 1877 una patente del German Imperial y otra americana en 1880. Linde también construyó el primer equipo de climatización doméstica para un rajá indio.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Con hielo
Década 1870. Inicio del transporte frigorifico ferroviario.
29
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1877. JOEL TIFFANY con su “Summer and Winter Car” US patente Nº 193 357 “Improvement in Refrigerator Cars” fue el primer dispositivo refrigerado por hielo en el mercado. Si bien el mismo año Gustavus Franklin Swift (1839-1903) y el ingeniero Andrew Chase desarrollaron un diseño similar.
Década 1870. Inicio del transporte frigorifico ferroviario.
30
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
A rare double-door refrigerator car utilized the "Hanrahan System of Automatic Refrigeration" as built by ACF, circa 1898. The car had a single, centrally located ice bunker which was said to offer better cold air distribution. The two segregated cold rooms were well suited for less-than-carload (LCL) shipments Caption statement here
Década 1870. Inicio del transporte frigorifico ferroviario.
31
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Illinois Central Railroad #14713, a ventilated fruit car dating from 1893.
Década 1870. Inicio del transporte frigorifico ferroviario.
32
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
A builder's photo of one of the first refrigerator cars to come out of the Detroit plant of the American Car and Foundry Company (ACF), built for the Swift Refrigerator Line in 1899
Década 1870. Inicio del transporte frigorifico ferroviario.
33
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1878: Methyl Chloride successfully used as a refrigerant by Camille Vincent of France. (British Patent 470 of 1879) . a través de la firma Crespin & Marteau y su sucesora Duane. El cloruro de metilo fue aparentemente usado por los Franceses en el campo de batalla como un anestésico para la amputación quirúrgica. Los sistemas de Cloruro de Metilo experimentaron problemas al principio, la Glicerina fue usada como lubricante en el compresor, sin embargo, ésta absorbía humedad y atascaba la expansión del dispositivo. La primera máquina, también experimentaba fallas del Cloruro de Metilo, resultando cloro compuesto dañino para la maquinaria
Desarrollo máquinas de compresión. Cloruro de metilo.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
• Air Refrigerating Machine 1881. John Hall and Edward Hall or J & E Hall), of Dartford, (England) for use in the Australian meat trade.
John Hall
• Máquina de aire HASLAM de 1881.
HASLAM
• Lord Kelvin assisted the engineer J. Coleman in designing what became the Bell-Coleman compressed-air machine. Advertisement for the Bell-Coleman Mechanical Refrigeration Company, circa 1890.
• 1862 Closed air-cycle refrigerating system by Alexander Kirk
• 1877: Leicester Allen built a high pressure (15 bar) closed cycle air refrigerating machine
Bell-Coleman
Desarrollo de máquinas de aire
35
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1883: Ethyl Chloride vapor-refrigerating system patented by C. Palmer (US Patent 290600) . The Holmes refrigerating unit, manufactured In 1928 and 1929, featured a two stage Rotary compressor. Like the Allison, the Holmes used a hermetic blade type rotary compressor with ethyl chloride as the refrigerant.
Desarrollo máquinas de compresión. Cloruro de etilo.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
En 1885, un australiano W.G. Lock patenta el primer compresor compound. En 1889 la firma Sulzer fabricó el primer compresor de doble etapa con amoníaco como fluido de trabajo. En la figura un compresor horizontal de amoníaco “compound” de dos etapas (1889-1900) de Carl von Linde. En 1889 J. & E. Hall construye el primer compresor de doble etapa para CO2. Un segundo compresor de doble etapa fué construido por la empresa York en 1892. La compañía Frick pone a punto en 1938 las instalaciones de doble compresión tal como hoy las conocemos (sistema booster)
Desarrollo máquinas de compresión. Doble etapa directa.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Walther Hermann Nernst (1864-1941)
Nernst y Ettinghausen descubrieron que cuando sobre un conductor o semiconductor se ejercía un campo magnético y normalmente a éste un campo eléctrico, se producía un gradiente térmico en la tercera coordenada espacial. Este efecto no ha tenido, hasta el momento, relevancia industrial.
Albert von Ettinghausen (1850-1932)
El efecto Ettinghausen. 1886
38
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de compresión.SO2. La máquina “AUDRIFFEN”
39
Patentada por el monje MARCEL AUDIFFREN en 1894. Su uso inicial era el enfriamiento de liquido, y podía ser movido a mano o por motor. Manufactured after 1903 in France by Henri Singrun Hacia el final de los años 1920 General Electric modificó el diseño original para obtener la primera nevera hermética comercial con utilización de dióxido de azufre.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
40
Desarrollo máquinas de compresión.SO2. 1909 Brown Bovery. SO2 – NH3
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Problemas con el SO2 en neveras
41
a General Electric Type V-5-C 'home-style' refrigerator, capacity of 1.75 pounds of SO2 refrigerant.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Absorción 1990
Desarrollo máquinas de absorción. 1900
42
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1900 Compresor vertical
43
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1900 Compresores
Linde. NH3. 1901 De la Vergne. Doble efecto. 1902
Haslam. 1908 Artic. 1900
44
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
CO2
1900-1922 Compresores de CO2
45
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1916-1962 Desarrollo de compresores
Año 1916 1933/43 1950 1962 Nº Cilindros 1 4 6 8 Régimen giro [rpm] 160 360 500 1450 Peso [kg] 7200 3300/3600 1600 900
46
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de compresión Compresor doble aspiración
47
En 1903 Gardner T. Voorhees (1869 _ 1937) introduce los compresores de doble succión. (US Patent 793864 de 1905). Este ingeniero publicó diferentes tratados sobre producción de frío.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1906: Discovery of Freeze-drying is perfected by A. d’Arsonval and F. Bordas (France). The method was also discovered independently by Shackwell (U.S.A.) in 1909. 1935: Freeze-drying equipment was developed by E.W. Flosdorff and S. Mudd (U.S.)
La Liofilización
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
La máquina de eyección
49
La primera realización parece se debe al experimento de Leslie, el cual logró congelar agua líquida por evaporación parcial, sometiéndola a un vacío. Sin embargo, no es hasta los trabajo de CHARLES PARSONS (1854-1931) en 1901 y de MAURICE LEBLANC (1857-1923) en 1909, en el que se utiliza como “absorbedor” un chorro de vapor motriz, mediante el cual, y por efecto Venturi, se eliminan los vapores producidos en la zona de baja temperatura. En el posterior desarrollo de las máquinas de eyección es conveniente resaltar dos realizaciones; La máquina de Westinghouse-Leblanc (con utilización de salmuera), en la que el efecto Venturi provoca un alto vacío en evaporador. la salmuera enfriada se envía a la zona de utilización, donde sufre un calentamiento, retornando posteriormente al evaporador en el que hace su entrada en forma de una fina lluvia, destinada a aumentar la superficie de contacto, y la máquina de Josse-Gensecke, cuya particularidad radica en la introducción de una cantidad regulable de aire, con lo que se limita el vacío.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
La refrigeración doméstica
50
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
La refrigeración doméstica. Neveras de hielo
El primer antecedente de este tipo de dispositivo es la patente obtenida en 1803 por Thomas Moore, el cual no era sino una caja dentro de otra para almacenar alimentos con ayuda de hielo, al cual denomino “refrigerador”.
51
Patente Thomas Moore
Nevera hielo 1874
Henry Trost 1901
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Dificultades en la introducción del frío doméstico
En primer lugar desarrollar equipos a una escala reducida que puedan ser utilizados.
En segundo lugar el fluido refrigerante, hasta la llegada de los CFC los mas utilizados fueron dióxido de azufre o cloruro de metilo, ambos tóxicos y peligrosos dado que uno de los problemas de los compresores eran las fugas.
Los primeros intentos con refrigeración mecánica se centraron en la reutilización de las viejas neveras de hielo.
A continuación se pasa revista a algunos de los primeros avances en este campo.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Modelo oc-2. Condensado por agua
General Electric
1925. Equipo remoto
Kelvinator
1918. Equipo remoto
Kelvinator
Refrigeración mecánica sobre neveras de hielo
53
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
• Primero para la fabricación en serie, “Domelre (DOMestic ELectric REfrigerator)” de Fred W. Wolf presentado en Chicago, en 1913 ($900).
Domelre
1918 Kelvinator, por Nathaniel B. Wales, para el mercado americano, vendiendo 67 unidades ese año.
Kelvinator
En el año 1919 apareció en el mercado la marca "Frigidaire. Diseño de Alfred Mellowes de Guardian efrigerator Company. En 1931 Frigidaire es la primera a pasar a Freon,
Frigidaire
En 1927 el Monitor Top. $525, diseñado por Christian Steenstrup
G & E
Refrigeradores de compresión mecánica
54
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Compresor hermético
En 1918, Douglas Henry Stokes construyó el primer compresor hermético. Con la incorporación del arranque del motor eléctrico mediante condensador se produce la irrupción del frío en la baja potencia en especial en refrigeradores domésticos. Inicialmente los motores son de 4 polos, pero hacia 1940 se pasa a 2 polos lo que reduce el tamaño de forma significativa.
55
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1931 The first air-cooled refrigerator introduced by Electrolux
La nevera no-frost
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1947 GE two-door refrigerator-freezer combination
La nevera de dos cuerpos
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
CICLO “VUILLEUMIER”
El dispositivo Vuilleumier fue patentado en 1918 por RUDOLPH VUILLEUMIER, su funcionamiento es similar al de la máquina Stirling, excepto que utiliza “un compresor térmico” en lugar de uno de tipo mecánico, es deir, el Vuilleumier es al Stirling lo que la absorción es a la máquina de compresión. Mejoras posteriores se deben tanto a Vannevar Bush (1938) como a K.W. Taconis (1951) y Berry (1975).
Esta máquina se esta desarrollando en Japón por Sanyo junto a la Japan Gas Association con destino a su aplicación como bomba de calor en sistemas de climatización.
58
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Compresores rotativos de paletas
El primer compresor de paletas giratorias, usó cloruro de metilo como refrigerante, fue instalado en un barco americano el “Carnegie”. F.Stamp desarrolla un equipo en Alemania hacia 1920 con cloruro de etilo de una potencia de 1000 kcal/h. En Estados Unidos en 1922, Sunbeam Electric construyo pequeños compresores de 150 kcal/h con dióxido de azufre destinados a refrigeración doméstica. Por su parte, la empresa Sulzer desarrolla el “Frigorotor” of 1000 a 10000 kcal/h con cloruro de metilo como refrigerante, mas tarde pasa a amoníaco para grandes potencias denominándose “Frigocentrale”. También en Suiza, la empresa Escher-Weis construye este tipo de compresores con el nombre de “Rotasco” hacia 1936. Estos compresores también se construyen en Bélgica por Lebrun y en Holanda por Grasso en 1924.
Con respecto a los de única paleta, este aparece en Francia en 1919, este compresor pasa a Estados Unidos en 1920 construido por W.S.F. Rolaff y por M. Guttner en Alemania en 1922. El diseño de Rolaff trabajaba con dióxido de azufre y se utilizaba en el sector doméstico, por su parte el de Guttner utilizaba amoníaco y cloruro de metilo en grandes instalaciones. Compresores herméticos de paleta única se utilizan en USA por Frigidaire con R-114, por General Electric y por Bosch en Alemania con dióxido de azufre. En 1931, Vilter (USA) construye compresores de gran potencia, hasta 200000 kcal/h primero con amoníaco y después con R-12.
59
Rotasco 1938
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de absorción. Baltzar von Platen; Carl Munters. Máquina monopresión
60
VON PLATEN (1898-1984) junto a CARL
MUNTERS (1897-1989), fueron los inventores de la máquina de absorción a “gas” (Dometic) en 1922 en el Royal Institute of Technology de Estocolmo. Se trata de una máquina monopresión con amoníaco como refrigerante, agua como absorbente e hidrógeno como fluido “inerte”. La producción de esta máquina se produjo en 1923 por parte de AB Artic, la cual fue adquirida por Electrolux en 1925. La empresa Servel compró los derechos de producción en Estados Unidos en 1925.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Expendedores de helados. NIZER
1923: Electrically refrigerated ice cream cabinet was marketed by Nizer
Nizer Corporation was a maker of electrically cooled ice-cream cabinets based in Detroit Michigan. During its active years, it was the market leader in this field. The company was purchased by Kelvinator in 1926
Nizer ice cream cabinet at MacDonald Hotel, Edmonton, Alberta. 1927 61
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Sir Edward Hallstrom en 1923 y Powell Crosley Jr. en 1927, manufactured this absorption type unit so people could have refrigeration in areas where there was no electricity. By regenerating this system over a kerosene burner the cabinet would be cooled to 43° or less and ice cubes could be made for a period of about 36 hours depending upon room temperature.
Desarrollo máquinas de absorción. Régimen discontinuo. Icyball
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
63
Congelación alimentos. Clarence Birdseye
BIRDSEYE (1886-1956) durante su estancia en Labrador (1912) dedicado al comercio de pieles observo la práctica de la congelación de alimentos, lo que le dio la idea de la congelación de alimentos envasados al por menor.
Fundo su propia compañía la “General Seafoods Company “ y en 1925 construyo un túnel de congelación “Quick Freeze Machine” que es una de sus numerosas patentes en el campo de la congelación de alimentos.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1926 Portátil AA Harry Schutz
64
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
El aerosol. Erik Rotheim
65
El noruego, Erik Rotheim, descubrió en 1926 un método para pulverizar el producto contenido en un recipiente, introduciendo en el un liquido o gas capaz de crear presión interna. La idea no se desarrollo comercialmente hasta 1941, cuando dos estadounidenses, L. D. Goodhue y W. N. Sullivan, desarrollaron un insecticida para los soldados americanos durante la II guerra mundial, que podía pulverizarse desde un bote por bióxido de carbono.. El primer aerosol en botes de aluminio fue producido en Alemania en 1954 por Ernst Kohl.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1926 Eyección multietapa
En 1926, Raoult Ferdinand Follain patenta la máquina de eyección multietapa.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Máquinas de Adsorción . 1927
Es entre los años veinte y treinta del siglo XX cuando se desarrolló la máquina de refrigeración por adsorción, en1927 la firma Copeland y la corporación americana Silica-Gel Corp. presentaron una máquina de refrigeración por adsorción con silicagel, desplazada rápidamente por la aplicación de los compuestos CFC, descubiertos en aquella época en los sistemas de refrigeración por compresión. Una de las razones más notables para su sustitución fue el carácter intermitente de su funcionamiento. Esta tecnología fue luego introducida por la firmas Safety Car Heating y Lighting Co. en el enfriamiento de vagones ferroviarios. Después de numerosas pruebas bajo las distintas condiciones, el sistema desarrollado convenció tanto que se comenzó a realizar su producción en serie y se construyeron 50 vagones ferroviarios con dicha tecnología de enfriamiento para el transporte de pescado. En este sistema fue utilizado SO2 (dióxido de azufre) como refrigerante. Este tipo de equipo no pudo mantenerse por mucho tiempo en operación porque la silicagel disminuía su capacidad de adsorción con el tiempo, lo cual repercutía directamente en la disminución del rendimiento. En aquel entonces el agua fue utilizada en muy pocas ocasiones como medio refrigerante; tal es el caso de la firma Carrier Co., que construyó sistemas de aire acondicionado en los cuales se utilizó la combinación silicagel-agua como medio de trabajo en el sistema. Adsorption refrigerating machine using silicagel SO2 was developed: Patente E.B. Miller 1929 Patente J.M.F. Vickers-E. Romvary 1936
67
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Tubo capilar
1927: Capillary tube refrigerant control was invented by Thomas Carpenter (US Patent 1919500)
68
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Válvula Expansión
1927: Modern type “thermostatic expansion valve” was patented by Harry Thompson (US Patent 1747958)
69
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
70
El enfriamiento Vortex
El tubo vortex se inventó, casi por accidente, en 1928, por GEORGES JOSEPH RANQUE, un estudiante francés de físicas durante una experimentación con una bomba vortex, al notar que salía aire frío por un extremo y caliente por otro. Ranque puso en marcha una compañía para explotar, sin éxito, su potencial comercial. A él se debe el trabajo “Experiments on Expansion in a Vortex with Simultaneous Exhaust of Hot and Cold Air” publicado en Le Journal De Physique, et le Radium (Paris), vol 4, June 1933, pp 1125-1130. También la patente US 1952281.
Durante la segunda guerra mundial, el ejercito alemán descubrió, en la Francia ocupada, algunos de los primeros modelos experimentales, lo que sirvió de base al físico RUDOLF HILSCH (1903-1972) que continuo su desarrollo, dando lugar a un equipo denominado Wirbelröhre (literalmente, tubo vortex). Suyo es el trabajo “The Use of the Expansion of Gases in A Centrifugal Field as Cooling Process” publicado en The Review of Scientific Instruments, vol. 18(2), 108-1113, (1947).
Los trabajos en este sistema no prosperaron por tener eficiencias menores a los del sistema convencional por compresión de vapor. En la actualidad su campo de aplicación está muy restringido al enfriamiento localizado.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Desarrollo máquinas de absorción. Albert Einstein – Leó Szilárd. Máquina monopresión
71
Einstein (1879-1955) y su discípulo Szilárd, (1898-1964) motivados por la muerte de una familia como consecuencia de las emisiones tóxicas de un frigorífico de gas, patentaron tres nuevos tipos de refrigeradores domésticos de absorción U.S. Patente 1781541 (1930), patentes que fueron adquiridas por Electrolux. Estas máquinas de única presión, trabajan con amoníaco como refrigerante, agua como absorbente y butano como gas de igualación de presión, una de las variantes es muy similar a la máquina de Platen-Munters. Sin embargo, el frigorífico de Einstein nunca llegó a comercializarse, en gran medida a consecuencia de la depresión económica de la época y por la invención de los clorofluorocarbonos.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1930 Compresor de doble tornillo LYSHOLM
Heinrich Krigar in Germany on March 24th, 1878, patent #4121, first patented the principle of the screw compressor. He modified and improved his designs later that year and lodged a second patent (number 7116) on August 16th, 1878. Both of these patents are amongst the earliest on record, as the German Patent Office had only been formed just one year earlier. Heinrich Krigar resided in Hannover and his illustrations clearly show a two-lobe rotor assembly, each rotor having the same profile as each other. In fact the rotor configuration resembles the Roots design, exhibited in Europe during 1867, with the exception that the rotors in the Krigar screw compressor twist through an angle of 180 deg along their length. At that time it was not possible to develop the idea any further because of the lack of manufacturing technology. Half a century later, a Swedish steam turbine manufacturer called Ljungstroms Angturbin AB appointed a new Chief Engineer, his name was Alf Lysholm and he was to be the pivotal in the development of the modern screw compressor. At that time, Lysholm was looking into lightweight compressors for gas and steam turbine use. By this time the original patent rights had expired. Lysholm developed the profile of the screw compressor and tested various configurations and rotor lobe combinations. Not only was the shape of the rotors important, he solved the problem and patented the method for accurately machining the rotors. The 1935 patent clearly shows his asymmetric 5 female - 4 male lobe rotor design, although the shapes have been 'fine tuned' over the years, the screw compressor had at last been born.
72
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
73
LOS CFC
La necesidad de fluidos no tóxicos ni inflammables con destino a refrigeración doméstica con condensación por aire, llevó al equipo integrado por Thomas Midgley, Albert Leon Henne, Robert Reed McNary, bajo la direción de Charles Kettering (G.M.) al desarrollo de los posteriormente denominados CFC (1930). Parece ser que T. Midgley en la presentación del primer CFC (R-12) tomó una bocanada de vapor y con ella apagó una vela, demostrando las características que se pretendían conseguir.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
74
Desarrollo de los CFC
1931 CFC-12 introducción comercial. 1932 CFC-11 introducción comercial. En 1933 Carrier Engineering Co. lo
aplica a comp. centrífugos como Carrene #2 . 1933 CFC-114 introducido por Carrier en centrifugos 1934 CFC-113 introducido por Carrier en centrifugos como Carrene #3. 1935 CFC-21 usado en neveras domésticas por Crosley Radio Corp. 1936 HCFC-22 introducción comercial. 1943 CFC-11 y 12 introducción como propelente en aerosoles. 1945 CFC-13 introducción para bajas temperaturas. 1950 R-500 (azeotropo de R-12/R-152) introducido por Carrier como
Carrene #7. 1956 La nomenclatura Dupont pasa a ser de uso general. 1962 R-502 (azeotropo de R-22/R-115) introducción comercial. 1974 (Sept) Convención de la American Chemical Society in Atlantic City.
Presentación de las teorías de Rowland-Molina.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
La compresión en cascada
In 1932 the Frick Company, in response to ongoing safety concerns about large ammonia charges, started installing a hybrid system which used carbon dioxide for the low temperature stage, with a much smaller ammonia plant providing the necessary refrigeration to condense the carbon dioxide at moderate temperatures and pressures [4].
What Frick called the ‘split-stage’ system, shown in Fig. 3 was identical in principle to the modern carbon dioxide/ ammonia cascade systems which have been reported over the last 10 years or so. Even in 1932, however, this concept was already 65 years old, having been first proposed by Tellier in 1867
En 946 M. Ruhemann proposed the auto-cascade system
75
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1926
Transporte frigorífico por carretera
76
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1929
Transporte frigorífico por carretera
77
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1932ption statement here
Transporte frigorífico por carretera
78
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
En 1935 Frederick Mckinley Jones (1893-1961) produce un sistema de refrigeración automático para transporte frigorífico por carretera, sistema que posteriormente se adaptó en otros tipos de transporte como el ferroviario y marítimo.
Desarrollo del transporte frigorífico por carretera
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Absorcion con cloruro de litio-agua
1937: A.A. Berestneff developed water/ lithium chloride absorption refrigerating system
80
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1940 Desarrollo máquinas de EYECCIÓN
FOSTER WHEELER_EYECCION_1940
FOSTER WHEELER_EYECCION_1969
81
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Heat pipe
Los tubos de calor se conocen desde hace bastantes años; una versión muy sencilla, el llamado tubo Perkins, fue patentada por Richard S. Gaugler en 1942 ( U.S. patent 1944).
En 1963 M. Grover del laboratorio de Los Álamos, dio la versión definitiva y el nombre “Heat Pipe” que traduciremos por “Tubo de calor”.
Entre 1963 y 1970 las aplicaciones se circunscriben a lo que antes hemos descrito como técnicas avanzadas: aeronáutica, convertidores termoiónicos, industria nuclear.
A partir de la década de los 70, se empiezan a utilizar en numerosos campos de la
ingeniería relacionados directa o indirectamente con la transmisión de calor.
W. B. Hall en 1964 presenta una patente de un tubo de calor de conductancia variable.
En 1976 S. W. Chi publica “Heat pipe theory and practice” donde fija la teoría básica.
82
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Small Electrolux domestic refrigerator, c 1940s. This small ammonia absorption refrigerator
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
84
1940 WILLIS CARRIER (1876 – 1950)
Además de las aplicaciones en acondicionamiento de aire, la firma CARRIER debe ser considerada por:
La introducción del compresor centrífugo y con éste la utilización de nuevos fluidos adaptados a este tipo de compresores.
La introducción, en 1945, de máquinas de absorción con la mezcla agua-bromuro de litio, de capacidades en el rango de 100 a 700 toneladas de refrigeración, alimentadas con vapor a baja presión. Si bien hay que resaltar que en 1940 la empresa SERVEL las fabricaba (15 a 35 toneladas de capacidad).
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1930 DESARROLLO COMP. CENTRIFUGOS
85
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
A.F. Ioffe
En 1949 A.F. Ioffe fabrica el primer refrigerador doméstico con efecto termoeléctrico (Peltier).
Los módulos termoeléctricos se encontraban disponibles en el mercado desde 1938.
86
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1960-1972 MAQUINAS ABSORCION CARRIER
87
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1960 Bernard Zimmern
El segundo tipo de compresores de tornillo, el monotornillo, tiene su origen en los trabajos de Bernard Zimmern de 1960, pero no es hasta 1962 que se fabrica un prototipo de 10 HP que giraba a 5000 rpm. La primera licencia fue adquirida por Peugeot con destino a la compresión de aire. A partir de 1963 otros fabricantes se interesaron por este dispositivo incluyéndolo en el campo del frío industrial.
88
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
89
1970 REFRIGERACION JOHN MALONE
John Malone (1880- 1959) construyó un generador de 50 hp en 1925 con aporte calorífico por combustión de carbón que utilizaba agua como fluido de trabajo, su idea cayó en el olvido (su patente fue comprada y archivada) y no fue retomada hasta los años 70, en que John Wheatley desarrolla equipos de producción de frío basados en el ciclo de Malone.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
90
1970 Dr. James E. Lovelock (1919 - )
En 1957, Lovelock inventó el detector de captura de electrones (ECD), dispositivo capaz de detectar ínfimas cantidades de compuestos químicos en la atmósfera, tales como derivados halogenados y óxidos de nitrógeno. En 1970 realizó una campaña de detección de CFC sobre Irlanda y en 1973, con ayuda del ECD se determió la existencia de los CFC a lo largo del Atlántico, desde el Antartico al paso de Calais. Las cantidades de CFC eran importantes en zonas industrializadas. Estos descubrimientos fueron la base de las teorías de destrucción del ozono atmosférico.
En los años 70, se convirtió en uno de los “gurús” del movimiento ecologista, tras proponer que la Tierra actúa como un organismo (Gaia), que se autorregula para mantener la vida. Pero su último libro, “La venganza de la Tierra”, rompe con la ortodoxia verde al defender la estrategia nuclear frente al peligro del calentamiento global.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1972 Compresor Scroll
Como en el caso de los compresores de tornillo, la utilización de los compresores “scroll”, en el campo de acondicionamiento de aire, es muy posterior a su invención, la cual se inicia en 1905 por Léon Creux. En 1972 el físico Niels Young retoma el concepto del Scroll, propone la idea a Arthur D. Little, en Cambridge, Machachuset, y su empresa se convierte en la primer compañía en aplicar la tecnología del Scroll a compresores de aire acondicionado, y así en 1973 se desarrolla un modelo viable.
A finales de 1973 la empresa Artur D. Little, y la compañía Trane, comenzaron el desarrollo del compresor Scroll para refrigeración, llegando a usar finalmente esta tecnología en sus productos. Su desarrollo continuó, sobre todo en Japón y en Estados Unidos, comenzando a mediados de la década de los 80 su introducción en otros sectores como el de la automoción. Hitachi y Mitsui Seiki en Japón introdujeron los compresores Scroll para aire acondicionado lubricados con aceite, aunque estas unidades eran simples adaptaciones de sus compresores de refrigeración.
91
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
92
1974 Acción sobre el Ozono. S. ROWLAND y M. MOLINA
En 1974 daban cuenta de los resultados de sus investigaciones sobre la acción de los CFC sobre la capa de ozono. Esta línea de investigación les valió, junto a PAUL CRUTZEN (1933-), la obtención del premio Nobel en 1995.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
93
1978 LAS MÁQUINAS DE ADSORCIÓN ZEOLITA-AGUA
Dimiter Tchernev fue el primero en introducir el par de trabajo zeolita-agua en sistemas cerrados de refrigeración por adsorción, fundador de la compañía Zeopower Company en 1978. En 1980, Jaques Chiral desarrolló un sistema experimental con paneles solares. La utilización de energía solar a baja temperatura parece ser la principal ventaja de estas máquinas con respecto a las de absorción.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
94
1985 Acción sobre el Ozono
El primer investigador que comprobó loe efectos que se atribuyen a los CFC sobre el debilitamiento del ozono atmosférico fue S. Chubachi, con sus medidas durante los años 1982/83 en la base antártica japonesa de Syowa J. Farman, B, Gardiner y J. Shanklin científicos ingleses de la base Halley_Bay cuya publicación es de 1985.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
95
1990 Revitalizacion R744 Gustav Lorentzen
En 1990 el profesor Gustav Lorentzen (1915-1995) patenta una aplicación del dióxido de carbono como refrigerante en instalaciones para automoción en régimen transcrítico, el interés que ha vuelto a despertar la utilización del CO2 (R-744) ha ido creciendo continuamente, lo cual queda reflejado en el número de comunicaciones presentadas en los prestigiosos congresos “Lorentzen” organizados por el Instituto Internacional del Frío. Las ideas de Lorentzen se basan en la multiplicación de presuntos efectos nocivos medioambientales debidos a los refrigerantes halocarbonados, y la falta de lógica que supone, en su opinión, su sustitución por otra familia de halocarbonos sintéticos como son los HFCs, por lo que es posible que haya llegado el momento de los fluidos refrigerantes “naturales”, ya existentes en la biosfera en cantidades significativas.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
Hidruros metálicos
Ergenics, based in New Jersey, created a metal hydride 5-kW AC system powered by waste heat from simulated exhaust gases in 1992-1993. Ergenics has been awarded several patents surrounding their metal hydride cooling system. The system mass was 22 kg and the COP was 0.33. They didn’t have strong external interest, so as a company they’ve focused on development of metal hydrides for solid state hydrogen storage. Thermacore, based in Pennsylvania, constructed two prototype metal hydride heat pumps in 1997-1998 based on two Russian inventions that could significantly improve the efficiency of a hydride system. They were awarded US Patent #6,000,463 in 1999 for a “Metal Hydride Heat Pump.” Note that the following numbers are Thermacore sensitive/proprietary numbers, for distribution only within DOE. One of the prototype designs used self-propelled cycling, operated on a 55-minute period, cooled to -10°C, and saw peak cooling rates of 70 W for 3-4 minutes. The second design was manually controlled for a 5-minute cycle, dropping temperatures 6°C (from 22 to 16°C). Overall, the prototype heat pump was capable of producing an average of 3.4 W “cold” and a peak of 4.5 W using 180°C heat with an average COP of 0.1 and a peak COP of 1.5 to 2.5. Thermacore is not currently funding hydride development. Advanced Materials Corporation, a small company based in Pennsylvania, developed a prototype hydride system in 1986 for a contract for the state of Pennsylvania. Their hydride heat pump used a pump to transfer the hydrogen and provide heating and cooling using a different configuration than that described above. They put the system in the trunk of a vehicle and cooled the cabin. The system had a mass of 40 kg and achieved 350 W of cooling at 16°C. They have shown interest in putting together a prototype hydride system with NREL to operate with waste heat. Other work and modeling of hydride systems has been performed at the University of New Mexico, Albuquerque, the University of Illinois at Chicago, the University of Melbourne, Australia, and the National Academy of Sciences of Ukraine (1998-present).
96
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
1993 Rotex or Rotartica – Absorption airconditioner.
ROTARTICA aplica los principios de la absorción pero en una unidad generadora rotativa, con distintas cámaras al vacío. En el caso del simple efecto, la unidad está rotando a 260 rpm. El efecto que se consigue con esta rotación es básicamente la mejora de los procesos de transferencia de masa y calor. Gracias a esto, se puede disminuir el tamaño y peso de la unidad generadora y la efectividad del sistema crece de manera importante respecto a aplicaciones de absorción más comunes. Otra de las ventajas es el incremento del salto térmico (tª agua caliente salida – tº agua fría de salida) con lo que se elimina la necesidad imperativa de instalar torre de refrigeración y con ello el peligro de proliferación de la bacteria legionella.
97
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
98
1993 LA REFRIGERACION TERMOACUSTICA
Sólo desde 1950 se contempla la posibilidad de utilizar energía acústica para producir frío, calor o incluso energía mecánica. En 1993 Steven Garrett (Universidad Pennsylvania) fué galardonado con el premio Rolex a su desarrollo de un equipo de refrigeración termoacústica que se utilizó en el "Discovery" (Enero 1992). Patente Nº US5647216 (Julio 1997). Un segundo equipo fué construido por Tom Hofler con materiales comerciales.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
99
1995 Enfriamiento por láser
La idea de utilizar láser para el enfriamiento es del alemán Peter Pringsheim (1881 – 1963) en 1929, en base al principio de fluorescencia; cuando la luz es absorbida, excita los electrones de las moléculas, los electrones deben eliminar esta energía para volver a su estado estable. Uno de las vías de pérdida de energía es mediante la emisión de fotones de luz fluorescente. Si la energía emitida como fluorescencia excede a la a la absorbida, el material se enfría. Esta cantidad de energía “extra” se extrae de las vibraciones moleculares del material. El inventor del enfriamiento vía láser es STEVEN CHU (1948-) el cual recibió el premio Nobel de Física de 1995 junto a Claude Cohen-Tannoudji y William D. Phillips por su “Development of methods to cool and trap atoms with laser light”. En 1995 Richard Epstein y otros en el laboratorio de los Alamos construyeron un refrigerador basado en el principio de fluorescencia, el LASSOR (Los Alamos Solid - State Optical Refrigerator), este aparato tiene aplicaciones como refrigerador de cámaras infrarrojas en satélites, y no parece en la actualidad competitivo frente al sistema “standard” de compresión en aplicaciones domésticas.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
100
1997 Refrigeración magnética
El efecto magneto-calórico fue descubierto en 1881 por E. Warburg, mientras que la explicación del fenómeno se retrasa a 1918 con Weiss and Piccard. Los antecedentes de este método son los generadores magnetocalóricos de NIKOLA TESLA (1856-1943) en 1890 y THOMAS ALBA EDISON (1847 – 1931) en 1892.
En 1997 Karl Gschneidner y Vitalij Pecharsky con Astronautics Corporation of America construyeron un prototipo demostrativo de refrigerador magnético, Con posterioridad han investigado en nuevos materiales tales como aleaciones de gadolinium-silicon-germanium. El efecto magnetocalorico en estos materiales es 10 veces mayor que en los de origen.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
101
Enfriamiento termoionico
Enfriamiento termoiónico. Como en muchos casos, la base de partida se encuentra en los dispositivos generadores, y en este caso el inicio se debe a un estudio experimental de T. A. Edison en 1885, en el cual situó dos electrodos planos en el vacío, observando el paso de corriente eléctrica cuando los electrodos se mantenían a diferente temperatura. El proceso inverso de enfriamiento, es decir la obtención de al menos una temperatura baja mediante el paso de corriente no ha sido estudiado hasta que recientemente la empresa Borealis 2001 ha desarrollado componentes específicos, razón por la que también se le denomina “Refrigerador Borealis”. Aunque en principio pueden obtenerse temperaturas del orden de los -80ºC, el objetivo actual es el desarrollo de refrigeradores domésticos, para los cuales, según el fabricante, se tienen mejores COP que con máquinas de compresión.
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
2003 CASCADAS CO2-NH3
102
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
2007
October, the Nobel Committee has decided that the Nobel Peace Prize for 2007 is to be shared, in two equal parts, between the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) and Albert Arnold Gore Jr. for their efforts to build up and disseminate greater knowledge about man-made climate change, and to lay the foundations for the measures that are needed to counteract such change.
103
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
104
CON
FLUIDO
CON CAMBIO
ESTADO
SIN CAMBIO
ESTADO
Ciclo Abierto Ciclo Cerrado Máquina Aire Vortex Stirling
Malone
Vuillemieur
Tubo Puls.
Compresión
Absorción
Adsorción
Eyección
METODOS DE PRODUCCION DE FRIO UTILIZACION DE FRIGORIGENO
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
105
SIN FLUIDO
TERMO
ELECTRICO
TERMO
MAGNETICO
TERMO
ACUSTICO
Peltier Termoiónico
METODOS DE PRODUCCION DE FRIO SIN UTILIZACION DE FRIGORIGENO
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
106
ESTADO DEL ARTE
Método Producción
Estado del arte
Tecnología
Coste instalación
relativo HFC’s
Eficiencia respecto HFC’s
Disponibilidad comercial Comentarios
Compresión con R-717
Tecnología mas que probada
Mayor Mejor Si Atención
toxicidad y limites inflamabilidad
Compresión con
hidrocarburos
Utiliza la tecnología de
los HFC Similar Algo mejor Si Problemas de
seguridad
Compresión con R-744
Tecnología de compresión modificada
Mayor Menor Solo cascadas Muy alta presión
Ciclo de aire Conocida Mayor Mucho menor
AA trenes, aviones
No aplicada en instalaciones fijas
Tubo Vortex Conocida Menor Mucho menor
Aplicaciones baja potencia
No aplicada en instalaciones
grandes
Absorción Tecnología probada Mayor COP muy
inferiores Si Aprovechamiento energía residual
Adsorción Comienzos Mayor Mucho menor
Existen instalaciones Energía solar
Termoeléctrico Conocida Mayor Muy inferior
Aplicaciones baja potencia
Limitados por materiales disponibles
Termoiónico Inicios Desconocido Sin probar No
Magnético Inicios Mayor Mayor No Problemas con
coste de materiales
Stirling y derivados
Inicios campo refrigeración Mayor Mayor No En investigación
Termoacústico Inicios Mayor Menor No En investigación
Vuilleumier Inicios Similar Menor No En investigación
Malone Inicios Desconocido Menor No En investigación
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
107
CRONOLOGIA FLUIDOS AÑO REFRIGERANTE COMPOSICION QUIMICA
1830s CAUCHINA
1830s ETER SULFURICO CH3CH2-O-CH2-CH3
1840s ETER METILICO (R-E170) CH3-O-CH3
1850 ACIDO SULFURICO / AGUA H2SO4 / H2O
1856 ALCOHOL ETILICO CH3-CH2-OH
1859 AMONIACO / AGUA NH3 / H2O
1866 CHYMOGENE petrol ether and naphtha (hydrocarbons)
1866 DIOXIDO DE CARBONO CO2
1860s AMONIACO (R-717) NH3
1860s METIL AMINA (R-630) CH3(NH2)
1860s ETIL AMINA(R-631) CH3-CH2-(NH2)
1870 METIL FORMATO (R-611) HCOOCH3
1875 DIOXIDO DE AZUFRE (R-764) SO2
1878 CLORURO DE METILO (R-40) CH3Cl
1870s CLORUOR DE ETILO (R-160) CH3-CH2Cl
1891 ACIDO SULFURICO MEZCLADO CON HIDROCARBUROS H2SO4, C4H10, C5H12, (CH3)2CH-CH3
1900s BROMURO DE ETILO (R-160B1) CH3-CH2Br
1912 TETRACLORURO DE CARBONO CCl4
1912 AGUA (R-718) H2O
1920s ISOBUTANO (R-600a) (CH3)2CH-CH3
1920s PROPANO (R-290) CH3-CH2-CH3
1922 DIELENE (R-1130) CHCl=CHCl
1923 GASOLINA hydrocarbons
1925 TRIELENE (R-1120) CHCl=CCl2
1926 CLORURO DE METILO (R-30) CH2Cl2
1940s CFC CxFyClz
Evo
luci
ón h
istó
rica
Enrique Torrella
108
PROTOCOLO MONTREAL-1987
GORRIE-1850 AIRE
PERKINS-1834 ETER SULF.
SO2 PICTET-1875
MIDGLEY-1930 R-12
H2O LEBLANC-1908
CO2 WINDHAUSEN-1886
CLORURO DE METILO VINCENT-1878
AMONIACO BOYLE/COMPRESION-1873
ETER METILICO TELLIER-1868
CARRE/ABSORCION-1859 AMONIACO
EVOLUCIÓN FRIGORÍGENOS HITOS HISTÓRICOS