II. REVISION BIBLIOGRAFICA2.1. SISTEMAS DE REFRIGERACION Los denominados sistemas frigorficos o sistemas de refrigeracin corresponden a arreglos mecnicos que utilizan propiedades termodinmicas de la materia para trasladar energa trmica en forma de calor entre dos -o ms-focos, conforme se requiera. Estn diseados primordialmente para disminuir la temperatura del producto almacenado en cmaras frigorficas o cmaras de refrigeracin las cuales pueden contener una variedad de alimentos o compuestos qumicos, conforme especificaciones.

Cabe mencionar la radical diferencia entre un sistema frigorfico y un circuito de refrigeracin, siendo este ltimo un mero arreglo para disminuir temperatura el cual se define como "concepto", ya que su diseo (abierto, semi abierto, cerrado), fluido (aire, agua, incluso gas refrigerante), flujo

(slo fro o "bomba de calor") varan conforme la aplicacin. Estos varan desde el clsico enfriamiento de motores de combustin interna por medio de agua hasta el water cooling utilizado en enfriamiento de computadores. Los sistemas frigorficos tienden a ser bastante ms complejos que un circuito de refrigeracin y es por eso que se presentan aparte.

En el estudio acabado y diseo de estos sistemas frigorficos se aplican diversas ciencias, tales como la qumica, en las propiedades y composicin de los refrigerantes; la termodinmica, en el estudio de las propiedades de la materia y su energa interna; la transferencia de calor, en el estudio de intercambiadores de calor y soluciones tcnicas; as como la ingeniera mecnica, en el estudio de compresores de gas para lograr el trabajo de compresin requerido. Se han mencionado estas disciplinas dejando de lado la electricidad, desde los tradicionales conocimientos en corrientes trifsicas para la alimentacin de los equipos, hasta conocimientos relativamente avanzados en automatizacin y PLC, para el control automtico que estos requieren cuando estn operando en planta frigorfica.

Los sistemas frigorficos se diferencian entre s conforme su mtodo de inyeccin de refrigerante y configuracin constructiva, ambos condicionados por sus parmetros de diseo. De esta manera, y haciendo un adecuado balance de masas y energas, es posible encontrar la solucin adecuada a cualquier solicitacin frigorfica.

2.1.1. Descripcin.Los sistemas de refrigeracin son dispositivos utilizados para extraer energa en forma de calor de elementos que pueden ser slidos, lquidos o gases, para ser transmitida directa o indirectamente al medio ambiente. Bells (2009)Este tipo de equipos son de gran importancia y uso en industrias como la alimenticia y la qumica con altos niveles de incidencia en la produccin, por lo que de su cuidado y mantenimiento deben ser prioritarios. Bells (2009)Un sistema de refrigeracin consta bsicamente de cuatro elementos: Evaporador Compresor Condensador Vlvula de expansin

2.2. LA REFRIGERACIN:Proceso por el que se reduce la temperatura de un espacio determinado y se mantiene esta temperatura baja con el fin, por ejemplo, de enfriar alimentos, conservar determinadas sustancias o conseguir un ambiente agradable. El almacenamientorefrigerado de alimentos perecederos, pieles, productos farmacuticos y otros se conoce como almacenamiento en fro. La refrigeracin evita el crecimiento de bacterias e impide algunas reacciones qumicas no deseadas que pueden tener lugar a temperatura ambiente.El uso de hielo de origen natural o artificial como refrigerante estaba muy extendido hasta poco antes de la I Guerra Mundial, cuando aparecieron los refrigeradores mecnicos y elctricos. La eficacia del hielo como refrigerante es debida a que tiene una temperatura de fusin de 0 C y para fundirse tiene que absorber una cantidad de calor equivalente a 333,1 kJ/kg. La presencia de una sal en el hielo reduce en varios grados el punto de fusin del mismo. Los alimentos que se mantienen a esta temperatura o ligeramente por encima de ella pueden conservarse durante ms tiempo.El dixido de carbono slido, conocido como hielo seco o nieve carbnica, tambin se usa como refrigerante. A la presin atmosfrica normal no tiene fase lquida, y sublima directamente de la fase slida a la gaseosa a una temperatura de -78,5 C. La nieve carbnica es eficaz para conservar productos a bajas temperaturas mientras dura su sublimacin.En la refrigeracin mecnica se obtiene un enfriamiento constante mediante la circulacin de un refrigerante en un circuito cerrado, donde se evapora y se vuelve a condensar en un ciclo continuo. Si no existen prdidas, el refrigerante sirve para toda la vida til del sistema. Todo lo que se necesita para mantener el enfriamiento es un suministro continuo de energa y un mtodo para disipar el calor. Los dos tipos principales de sistemas mecnicos de refrigeracin son el sistema de compresin, empleado en los refrigeradores domsticos grandes y en la mayora de los aparatos de aire acondicionado, y el sistema de absorcin, que en la actualidad se usa sobre todo en los acondicionadores de aire por calor, aunque en el pasado tambin se empleaba en refrigeradores domsticos por calor.( Ing Gelys Guanipa R. ,2010)2.3. LOS REFRIGERANTESPara cada refrigerante existe una temperatura especfica de vaporizacin asociada con cada presin, por lo que basta controlar la presin del evaporador para obtener la temperatura deseada. En el condensador existe una relacin similar entre la presin y la temperatura. Durante muchos aos, uno de los refrigerantes ms utilizados fue el diclorodifluorometano, conocido como refrigerante-12. Este compuesto clorofluorocarbonado (CFC) sinttico se transformaba en vapor a-6,7 C a una presin de 246,2 kPa (kilopascales), y despus de comprimirse a 909,2 kPa se condensaba a 37,8 C.En los refrigeradores pequeos empleados en las viviendas para almacenar comida, el calor del condensador se disipa a la habitacin donde se sita. En los acondicionadores de aire, el calor del condensador debe disiparse al exterior o directamente al agua de refrigeracin.En un sistema domstico de refrigeracin, el evaporador siempre se sita en un espacio aislado trmicamente. A veces, este espacio constituye todo el refrigerador. El compresor suele tener una capacidad excesiva, de forma que si funcionara continuamente producira temperaturas ms bajas de las deseadas. Para mantener el refrigerador a la temperatura adecuada, el motor que impulsa el compresor est controlado por un termostato o regulador.Los congeladores para alimentos ultracongelados son similares a los anteriores, slo que su compresor y motor tienen que tener la potencia y tamao suficientes para manejar un mayor volumen de refrigerante con una presin menor en el evaporador. Por ejemplo, para mantener una temperatura de -23,3 C con refrigerante-12 se necesitara una presin de 132,3 kPa en el evaporador.El refrigerante-12 y otros dos CFC, el refrigerante-11 y el refrigerante-22, eran los principales compuestos empleados en los sistemas de enfriamiento y aislamiento de los refrigeradores domsticos. Sin embargo, se ha descubierto que los CFC suponen una grave amenaza para el medio ambiente del planeta por su papel en la destruccin de la capa de ozono. Segn el Protocolo de Montreal (vase Contaminacin atmosfrica: Medidas gubernamentales), la fabricacin de CFC deba finalizar al final de 1995. Los hidroclorofluorocarbonos, HCFC, y el metilbromuro no daan la capa de ozono pero producen gases de efecto invernadero. Los HCFC se retirarn en el 2015 y el consumo de metilbromuro se limitar progresivamente. La industria de la refrigeracin debera adoptar rpidamente otros compuestos alternativos no perjudiciales, como el metilcloroformo. ( Ing Gelys Guanipa R. ,2010)2.4. SISTEMAS DE ABSORCIN:Algunos refrigeradores domsticos funcionan mediante el principio de absorcin. En ellos, una llama de gas calienta una disolucin concentrada de amonaco en agua en un recipiente llamado generador, y el amonaco se desprende en forma de vapor y pasa a un condensador. All se lica y fluye hacia el evaporador, igual que en el sistema de compresin. Sin embargo, en lugar de pasar a un compresor al salir del evaporador, el amonaco gaseoso se reabsorbe en la disolucin diluida y parcialmente enfriada procedente del generador, para formar de nuevo una disolucin concentrada de amonaco. Este proceso de reabsorcin se produce en un recipiente llamado absorbedor, desde donde el lquido concentrado fluye de vuelta al generador para completar el ciclo.La refrigeracin por absorcin se usa cada vez ms en refrigeradores para acondicionar el aire, en los que resultan adecuadas temperaturas de refrigerante entre 7 y 10 C aproximadamente. En este rango de temperaturas puede emplearse agua como refrigerante, y una disolucin acuosa de alguna sal, generalmente bromuro de litio, como material absorbente. El agua hierve a una temperatura muy baja en el evaporador porque la presin all es muy reducida. El vapor fro se absorbe en la disolucin salina concentrada. Despus, esta disolucin se bombea al generador donde, a temperatura elevada, se hace hervir el agua sobrante para aumentar la concentracin de sal en la disolucin; sta, despus de enfriarse, circula de vuelta al absorvedor para completar el ciclo. El sistema funciona con un vaco elevado: la presin del evaporador es aproximadamente de 1 kPa, y el generador y el condensador estn a unos 10 kPa. Generalmente, estas unidades se calientan con llama directa o utilizan vapor generado en una caldera. (Dangelin, Jorge 2010)2.4.1. Sistemas por compresin:Los sistemas de compresin emplean cuatro elementos en el ciclo de refrigeracin: compresor, condensador, vlvula de expansin y evaporador. En el evaporador, el refrigerante se evapora y absorbe calor del espacio que est enfriando y de su contenido. A continuacin, el vapor pasa a un compresor movido por un motor que incrementa su presin, lo que aumenta su temperatura. El gas sobrecalentado a alta presin se transforma posteriormente en lquido en un condensador refrigerado por aire o agua. Despus del condensador, el lquido pasa por una vlvula de expansin, donde su presin y temperatura se reducen hasta alcanzar las condiciones que existen en el evaporador. (Dangelin, Jorge 2010)2.4.2. Energa y ambiente:La conversin de energa de una forma a otra a menudo afecta al ambiente y al aire que se respira en diversas maneras, y de aqu que el estudio de la energa no ser completo si no se toma en cuenta su impacto en el ambiente. Los combustibles fsiles como el carbn, el petrleo y el gas natural han suministrado potencia al desarrollo industrial y a las comodidades de la vida moderna que se disfrutan desde 1700, aunque esto no ha sido posible sin efectos colaterales indeseables. Desde el suelo donde se cosecha y el agua que se bebe hasta el aire que se respira, el ambiente ha pagado un costo muy alto. La emisin de contaminantes durante la combustin de combustibles fsiles es responsable del esmog, la lluvia cida, el calentamiento global y el cambio de clima. La contaminacin ambiental ha alcanzado niveles tan altos que se ha vuelto una seria amenaza para la vegetacin, para la vida animal y para la salud humana. La contaminacin del aire ha sido la causa de numerosos problemas de salud incluyendo asma y cncer. El incremento de la contaminacin ambiental a velocidades alarmantes y el aumento de la percepcin del peligro que se produce, hace necesario su control por medio de las Leyes y tratados internacionales. Estos estndares iniciales se enfocaron sobre las emisiones de hidrocarburos, xidos de nitrgeno y monxido de carbono. Los nios son mucho ms susceptibles a los daos causados por las contaminaciones en el aire puesto que sus organismos estn an en desarrollo, y las personas con problemas del corazn ypulmonares tambin se ven ms afectados, esto se hace ms evidente cuando los niveles de contaminante aumentan en la regin donde viven.(Dangelin5, Jorge c2010)2.5. SISTEMAS DE REFRIGERACIN CONFORME ALIMENTACIN DE REFRIGERANTE

2.5.1. Expansin seca (DX)

Se les denomina sistemas de expansin seca, -o directa- a los sistemas frigorficos en los cuales la evaporacin del refrigerante se lleva a cabo a travs de su recorrido por el evaporador, encontrndose este en estado de mezcla en un punto intermedio de este. Estos sistemas, si bien son los ms comunes, suelen ser de menor capacidad que los de recirculacin de lquido.Evaporadores inundados para amonaco en cmara de refrigeracin para frutas.(ngel Luis Alfaro2003)

2.5.2. Con recirculacin de lquido

Lo que diferencia a los sistemas de recirculacin de lquido a los de expansin directa es que el flujo msico de lquido a los evaporadores supera con creces al flujo de vapor producido en el evaporador. Es comn el apelativo de sobrealimentacin de lquido para los evaporadores de estos sistemas. Estos sistemas son preferentemente utilizados en aplicaciones industriales, con un nmero considerable de evaporadores y operando a baja temperatura. (ngel Luis Alfaro2003)

2.6. TIPOS Y CONFIGURACIN DE SISTEMAS DE REFRIGERACIN

2.6.1. Refrigeracin por compresinLa refrigeracin por compresin desplaza la energa trmica entre dos focos; creando zonas de alta y baja presin confinadas en intercambiadores de calor, mientras estos procesos de intercambio de energa se suceden cuando el fluido refrigerante se encuentra en procesos de cambio de estado; de lquido a vapor, y viceversa.

El proceso de refrigeracin por compresin se logra evaporando un gas refrigerante en estado lquido a travs de un dispositivo de expansin dentro de un intercambiador de calor, denominado evaporador.Para evaporarse este requiere absorber calor latente de vaporizacin. Al evaporarse el lquido refrigerante cambia su estado a vapor. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe energa trmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio gaseoso o lquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le denomina carga trmica. Luego de este intercambio energtico, un compresor mecnico se encarga de aumentar la presin del vapor para poder condensarlo dentro de otro intercambiador de calor conocido como condensador. En este intercambiador se liberan del sistema frigorfico tanto el calor latente como el sensible, ambos componentes de la carga trmica. Ya que este aumento de presin adems produce un aumento en su temperatura, para lograr el cambio de estado del fluido refrigerante -y producir el subenfriamiento del mismo- es necesario enfriarlo al interior del condensador; esto suele hacerse por medio de aire y/o agua conforme el tipo de condensador, definido muchas veces en funcin del refrigerante. De esta manera, el refrigerante ya en estado lquido, puede evaporarse nuevamente a travs de la vlvula de expansin y repetir el ciclo de refrigeracin por compresin.(ngel Luis Alfaro2003)

2.6.2. Tipos de compresin

Por su parte, los sistemas de refrigeracin por compresin se diferencian o separan en dos grandes tipos:

2.6.2.1. Sistemas de compresin simple

Eleva la presin del sistema mediante una sola carrera de compresin. Es el ms comn de los sistemas de refrigeracin ampliamente utilizada en refrigeradores y equipos de aire acondicionado.

2.6.2.2. Sistemas de compresin mltiple

Solucin de compresin ideal para bajas temperaturas debido a las altas relaciones de compresin que estos sistemas superan.

2.6.3. Configuracin de sistemas de compresin

2.6.3.1. Sistemas de expansin directaa) De compresin simple: Sistema de una etapa.

Es el sistema de refrigeracin ms ampliamente utilizado debido a su simplicidad y versatilidad. Su particularidad, no obstante, consiste en que por lo general para lograr bajas temperaturas capaces de absorber grandes cargas trmicas, debe alcanzar elevadas relaciones de compresin. Se puede aplicar en refrigeradores domsticos, vitrinas frigorficas comerciales, equipos de aire acondicionado de todo tipo, y sistemas que no absorban grandes cargas frigorficas.

La vlvula de expansin termosttica genera la expansin directa del refigerante en este tipo de sistemas frigorficos.

b) De compresin mltiple: Sistema de doble etapa.

La doble etapa permite, mediante un compresor de doble etapa, alcanzar elevadas relaciones de compresin y, por lo tanto, menores temperaturas con capacidad de absorber mayor carga trmica. Sistema propio en cmaras de congelado de alta eficiencia energtica.

Sistema en cascada.

La compresin mltiple en cascada permite, mediante dos circuitos de refrigeracin de una etapa "semi independientes" y con distintos refrigerantes, alcanzar temperaturas cercanas a los -80C. Propio en equipos de laboratorio para almacenamiento de muestras biolgicas.

Sistema de compresin mltiple con enfriador intermedio de tipo abierto.

Esta modalidad de compresin mltiple permite, mediante dos compresores y un estanque presurizado conectado entre ambos, realizar una expansin y enfriamiento del refrigerante en circulacin antes de ingresar a la etapa de alta presin. Propio de sistemas industriales. (ngel Luis Alfaro2003)

Sistema de compresin mltiple con enfriador intermedio de tipo cerrado.

A diferencia del sistema anterior, al cual tambin se le puede denominar de inyeccin total, aqu se produce una inyeccin parcial del refrigerante al interior del estanque a fin de producir un enfriamiento. (ngel Luis Alfaro2003)

2.6.3.2. Sistemas con recirculado de lquido

a) De compresin simple:

Sistema con estanque de recirculado

La recirculacin de lquido es un mtodo uilizado con la finalidad de alimentar los evaporadores inundados instalados en una gran instalacin frigorfica. Generalmente se utiliza amonaco (R717) como refrigerante.

b) De compresin mltiple:

Sistema de compresin mltiple con estanque de recirculado

Un sistema de recirculado de compresin mltiple permite bombear refrigerante lquido a menor presin y temperatura a los evaporadores inundados. (ngel Luis Alfaro2003)

2.6.4. REFRIGERACIN POR ABSORCIN

El sistema de refrigeracin por absorcin es un medio de producir fro que aprovecha las propiedades de ciertas sustancias que absorben calor al cambiar de estado lquido agaseoso. As como en el sistema de compresin el ciclo se hace mediante un compresor, en el caso de la absorcin, el ciclo se basa fsicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como sustancia absorbente (disolvente) y como absorbida (soluto) amonaco. (ngel Luis Alfaro2003)

2.6.5.DIAGRAMAS PH Y SISTEMAS FRIGORFICOS

Por medio de los diagramas Presin/entalpa es posible trazar ciclos frigorficos de compresin de diversa naturaleza, determinar capacidad y seleccin detallada de los componentes y la potencia total del sistema. A continuacin se presentan dos ejemplos de sistemas:

Diagramas Ph y Sistemas frigorficos.

Diagrama Ph para sistema de una etapa y expansin directa

2.1 VENTAJAS E INCONVENIENTES 2.1.1 Ventajas. Las mquinas de compresin, al estar muy estudiadas y comercializadas, obtienen unos valores de COP muy elevados, entre 2 y 4, por lo que producen entre 2 y 4 veces ms energa frigorfica que la energa elctrica (o mecnica) que consumen. Esto hace que las mquinas de compresin resulten muy competitivas y econmicas. Conesa(2011)2.1.2 Inconvenientes. Las instalaciones de produccin de fro por compresin de vapor suponen un alto porcentaje de consumo energtico, y pueden suponer un alto impacto econmico y medioambiental. Por un lado, el efecto invernadero indirecto asociado al origen de la energa utilizada, y por otro, el efecto directo asociado a las fugas de refrigerante cuando se utilizan refrigerantes con un elevado potencial de calentamiento mundial. Conesa(2011)

Bibiografia

ngel Luis Alfaro 2003.Cmara frigorfica. http://es.wikipedia.org/w/index.php?Oldid=44089746

Ing Gelys Guanipa R (2010) UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL FRANCISCO DE MIRANDA REA DE TECNOLOGA COMPLEJO. SISTEMAS DE REFRIGERACIN Dangelin, Jorge 2010 . Cmara de refrigeracin. http://es.wikipedia.org/w/index.php?oldid=35262853