ii stms de produccion de frio sin compresion de vapor

REFRIGERACION SIN COMPRESION DE VAPOR

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y Motores Térmicos

SISTEMAS DE REFRIGERACION SIN SISTEMAS DE REFRIGERACION SIN

COMPRESION DE VAPORCOMPRESION DE VAPOR


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INDICE:

•INTRODUCCION

•REFRIGERACION BASADOS EN MEDIOS QUIMICOS

•METODO DE REFRIGERACION BASADOS EN MEDIOS FISICOS

•CON CAMBIO DE ESTADO

•SIN CAMBIO DE ESTADO

•INSTALACIONES DE REFRIGERACION POR ABSORCION

•METODOS BASADOS EN OTROS EFECTOS

•CICLO BRAYTON INVERSO


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METODOS DE REFRIGERACIÓN BASADOS EN MEDIOS QUÍMICOS

Basados en la ley de Raoult de las disoluciones endotérmicas; considerando la disolución de un sólido como un trabajo de:

- Disgregación molecular primero, que exige un consumo de energía, (calor de disolución), para vencer las fuerzas moleculares de cohesión y un trabajo de - Difusión después, también consume energía (calor de dilución).

Si se eligen bien las sustancias a disolver pueden conseguirse descensos importantes de temperatura que pueden enfriar pequeñas cantidades de producto.

Estas mezclas reciben el nombre de mezclas criogénicas y las temperaturas que se pueden conseguir son función de las temperaturas iniciales de los productos de la solución y del punto eutéctico de la mezcla (salmuera hasta -21,2ºC).


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METODOS DE REFRIGERACIÓN BASADOS EN MEDIOS FISICOS

1) CON CAMBIO DE ESTADO Se utilizan los calores latentes de:

Fusión: Cada unidad de masa absorbe en el proceso su calor latente defusión. Se prepara una solución cuya composición coincida en su punto eutéctico y se la congela; su temperatura permanecerá constante hasta que funda toda la mezcla.

Sublimación: Basado en el calor que absorbe un sólido para pasar directamente a vapor en condiciones hipobáricas (nieve carbónica). El calor latente de sublimación viene a ser aproximadamente igual al calor latente de fusión más el calor latente de vaporización.

Vaporización: Cada unidad de masa líquida absorbe su calor latente de vaporización para pasar a vapor en condiciones de presión adecuadas.


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2) SIN CAMBIO DE ESTADO, INSTALACIONES EYECTORAS DE VAPORLa instalación comprende un evaporador 1, al que le llega una salmuera caliente que cae en forma de lluvia para facilitar la evaporación en una atmósfera en depresión provocada por un chorro de vapor 2 que se hace pasar por el eyector. En el fondo del eyector 3 se recoge la salmuera fría que ha cedido el calor latente de vaporización y se recicla al proceso industrial de enfriamiento.Los vapores arrastrados en el eyector 2 y el vapor de agua del chorro, se frenan en el difusor para pasar al condensador donde la presión se eleva hasta la presión reinante en el condensador 4. El agua de condensación enfría el vapor de agua recogiendo ambas masas en el fondo del condensador en forma de agua recalentada 5, que puede ser enviada a la central de producción de vapor.

1

2

3

4

5


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INSTALACIONES DE ADSORCIÓN

Basada en la propiedad de ciertas sustancias sólidas (gel de sílice) de retener en su estructura porosa los vapores que la rodean hasta que se saturan; de este modo se mantiene una presión baja en el evaporador permitiendo la vaporización del líquido a adsorber (SO2) y consiguiente enfriamiento del líquido de proceso que circula por el evaporador.

Una vez saturada la sustancia adsorbente se interrumpe el proceso; se conectan unas resistencias eléctricas y mediante un ventilador se lanza una corriente de aire caliente sobre el adsorbedor, liberando los vapores retenidos que se llevan hasta el condensador donde son licuados y guardados en un depósito de líquido. Agotado el vapor de la sustancia adsorbente, se para el ventilador y se desconecta la resistencia eléctrica, reiniciándose el ciclo.


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INSTALACIONES DE VAPORIZACIÓN DE CRIOFLUIDOS

Se expanden fluidos criogénicos, que se han licuado previamente por compresión y enfriamiento, en recintos con alto vacío (0,12 mm Hg) consiguiéndose temperaturas extremadamente bajas (0,4ºK) interesantes a efectos de investigación y laboratorio.


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REFRIGERACION POR ABSORCION


Este tipo de ciclos tiene similitudes con los ciclos de compresión de vapor,sin embargo también tienen algunas diferencias importantes:-En vez del compresor entre vap. y el condensador, en este ciclo el refrigerante es absorbido por una sustancia secundaria llamada absorbente, formando una solución liquida. Esta solución liquida se comprime, hasta llegar a alta presión (Waport, menor al ser volm, esp. menor)-Debo separar el refrigerante del absorbente, lo consigo aportando calor.


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En el caso de refrigerante como amoniaco y absorbente agua.El agua absorbe el vapor de amoniaco procedente del evaporador, esta solución liqu. es exotérmica y como la cantidad de amoniaco a absorber cae con la temp. Alrededor del absorbedor se hace pasar un circuito de agua para refrigerar, después entra en la bomba aumentando su presión hasta la del generador, aquí se aporta calor y se separa el refrigerante, volviendo el agua al absorbedor, para disminuir el aporte de calor se hace pasar la solución que sale de la bomba por un intercambiador. Antes de pasar el refrigerante al condensador se hace pasar por un rectificador, donde se retiran las trazas de aguas que pudiera contener el refrigerante, evitando la formación de hielo en la válvula de expansión.


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Con amoniaco – agua se operan con P+ y temp. < 0ºcAgua – bromuro con presiones cercanas al vacio y < 0ºcIncluso se pueden instalar stm en cascada para bajar aun mas las temperaturas


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EFECTO JOULE-THOMPSON

Efecto de enfriamiento producido por la expansión de un gas a través de una pared porosa. Supongamos un recinto V1 al que accede un fluido gaseoso a P1 y T1, separado de otro V2 a través de una pared porosa, en el que se mantienen las condiciones P2 y T2 Se cumplirá que:

Si P2 ·V2 > P1 ·V1 , T2 > T1 ; resulta un calentamiento Si P2 ·V2 < P1 ·V1 , T2 < T1 ; resulta un enfriamiento por lo que deberá extraerse mediante un ventilador el gas del local V2 al objeto de que P2 << P1 y P2 V2 < P1 V1 y T2 < T1.

C 427

VP-VP = T-T

0 =)T-T( C 427 +VP-VP

v

112212

12v2211


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METODOS DE REFRIGERACION BASADOS EN OTROS EFECTOSEFECTO PELTIERConocido también como efecto termoeléctrico, efecto variación de la temperatura de la soldadura entre dos materiales al paso de una corriente eléctrica por ellos, variación en más o en menos según el sentido de paso de la corriente. Los equipos basados en el efecto Peltier consumen energía eléctrica con una eficiencia menor que las de compresión por lo que se limitan a potencias pequeñas con exigencias de bajo nivel de ruido.

El que una cadena de soldaduras de dos metales distintos produce una corriente eléctrica cuando existe una diferencia de temperatura entre soldaduras alternativas es conocido desde que el físico alemán Thomas Johann Seebek descubrió

en 1821 el efecto que lleva su nombre.

Poco después el francés Jean Charles Peltierdescubrió en 1834 el fenómeno que puede denominarse inverso. Al pasar una corriente a través de un circuito de dos metales soldados, una de las soldaduras se enfría mientras la otra se calienta, actuando el sistema como una bomba de calor.


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METODOS DE REFRIGERACION BASADOS EN OTROS EFECTOS

EFECTO MAGNETOTÉRMICO

Basado en el efecto de enfriamiento que sufre una sal paramagnética bajo un campo magnético, cuando se anula dicho campo.

Se sitúa la sal paramagnética rodeada de un fluido que asegure el contacto térmico y de una envolvente de helio líquido, entre los polos de un electroimán excitado. Se elimina el fluido térmico mediante la bomba de vacío y se desconecta el electroimán; la sal se desimana bruscamente y su temperatura desciende bruscamente hasta 0,003K (=frio absoluto)


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EFECTO MAGNETOTÉRMICO-ELÉCTRICO (E. ETTINGHAUSEN)

Se basa en el efecto de creación de un gradiente térmico al colocar una corriente continua perpendicular a las líneas de un campo magnético, gradiente térmico de dirección perpendicular al plano definido por las direcciones magnéticas y eléctricas, con lo que una de las caras del conductor se calienta, en tanto que la opuesta se enfría, pudiendo absorber calor.


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EFECTO VÓRTICE (RANKE-HILSH)

Al introducir aire a alta presión de forma tangencial a través de un orificio laminador en un cuerpo cilíndrico y a velocidad sónica, se crea en la cámara un movimiento ciclónico espiral, este movimiento origina una depresión en la zona del eje y a causa de ello una expansión del aire central, que se enfría. En la periferia se produce una sobrepresión y recalentamiento del aire.

De este modo se originan dos corrientes de aire: una central hacia la zona fría del cilindro que atraviesa el diafragma y otra perimetral en sentido inverso hacia la cruceta y válvula de estrangulamiento (control del flujo).

La corriente fría puede dirigirse al local a refrigerar. Tiene baja eficacia energética.


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CICLO BRAYTON INVERSO

La característica de estas máquinas es que el refrigerante utilizado permanece en estado gaseoso durante todo el ciclo. Al ser el aire una materia prima barata y abundante es el más empleado como refrigerante, por lo que este tipo de máquinas frecuentemente es conocido como máquinas refrigeradoras de aire.

Se emplean para obtener temperaturas del rango (-80ºC a –120ºC) con eficiencia frigorífica semejante a las máquinas frigoríficas por compresión.

La capacidad frigorífica específica del aire es menor que la de los refrigerantes vaporizados de las máquinas de compresión, por lo que aquellas exigen un flujo másico mayor para la misma capacidad frigorífica, lo que obliga al empleo de compresores y expansores (turbinas de gas) de tipo centrífugo que son los que presentan una mejor relación de tamaño por unidad de flujo másico.


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CICLO BRAYTON INVERSOA continuación se representa un esquema del ciclo Brayton de refrigeración, junto con el diagrama T-s correspondiente.


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El intercambiador de calor lleva el aire que entra a la turbina hasta una temperatura menor que la ambiental, TC, Así pues, el aire alcanza en la expansión una temperatura mucho menor. Consecuentemente, el efecto de refrigeración producido desde el estado 4 hasta el estado b se ejecuta a una temperatura media menor.


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