Clase electrónica semana N° 07: Selección del refrigerante
Clase electrónica semana N° 07
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Selección del refrigerante adecuado
Como se mencionó en la clase anterior, el coeficiente de desempeño de un refrigerador de Carnot es independiente del refrigerante que se emplee. No obstante, las irreversibilidades inherentes a los ciclos reales de refrigeración, depende en algún grado del refrigerante empleado. A pesar de ello, características tales como toxicidad, flamabilidad, costo, propiedades de corrosión y presión de vapor en relación con la temperatura son de mayor importancia en la elección del refrigerante.
Dos parámetros importantes que necesitan considerarse en la selección de un refrigerante son las temperaturas de los dos medios (el espacio refrigerado y el ambiente) con los cuales el refrigerante intercambia calor y la presión del refrigerante en el condensador y evaporador.
Para una transferencia de calor a una taza razonable, debe mantenerse a una diferencia de temperatura de 5 a 10 °C entre el refrigerante y el medio que intercambia calor, por ejemplo, si un espacio refrigerado va ha mantenerse a -10 °C, la temperatura del refrigerante debe ser aproximadamente igual a -20 °C mientras absorbe calor en el evaporador.
La presión más baja en un ciclo de refrigeración sucede en el evaporador, para que el aire no pueda entrar al sistema de refrigeración, la presión del refrigerante debe ser mayor que la presión atmosférica y que la presión del evaporador.
En el condensador, la temperatura (y por lo tanto la presión) del refrigerante depende del medio hacia el cual se rechaza calor. La temperatura del refrigerante no puede descender por debajo de la temperatura del medio de enfriamiento (aproximadamente 20 ºC en un refrigerador domestico) y la presión de saturación del refrigerante a esta temperatura debe estar bastante debajo de su presión critica y de la presión del condensador (si el proceso de rechazo de calor el aproximadamente isotérmico).
Estos dos requerimientos limitan la elección del refrigerante a relativamente pocos fluidos.
Para el ejemplo mostrado, como hay una transferencia de calor en el espacio refrigerado para mantenerlo a -10 ºC, la temperatura del refrigerante en el evaporador debe ser aproximadamente de -20 ºC (mientras absorbe calor) y la presión del refrigerante en el evaporador (antes de comprimirse) será aproximadamente la presión de saturación a -20 ºC, recordando siempre que esta presión debe ser mayor a la presión atmosférica (101,325 KPa) y a la presion del evaporador. De igual forma se procede con la temperatura del refrigerante en el momento del rechazo de calor, pero la presión de saturacion del refrigerante debe ser menor que la del condensador.
Si ningún refrigerante simple cumple con los requisitos de temperatura o presión, entonces dos o más ciclos de refrigeración con diferentes refrigerantes se usan en serie (refrigeración en cascada).
Entre los refrigerantes más comunes se encuentran: los clorofluorocarbonos (CFCs) como R-11, R-12, R-22, R-134ª, R-502 entre otros, el amoniaco, el dióxido de carbono, hidrocarburos (propano, etano, etileno, entre otros), aire (en el acondicionamiento de aire de aviones), e incluso agua (en aplicaciones arriba del punto de congelación).
Es importante mencionar que la mayoría de los primeros refrigerantes usados (y muchos de los actuales) en los sectores domésticos y del pequeño comercio son altamente tóxicos y contaminantes, muchos de estos son responsables de la mayor parte del daño a la capa de ozono.
Para validar su asistencia responda la siguiente pregunta:
1. Considere un sistema de refrigeración, donde las presiones mínimas y máximas del evaporador y condensador son de 1 bar y 10 bar respectivamente. La temperatura del medio ambiente es de 30 ºC, y se desea que la temperatura en grados Celsius mientras absorbe calor este bajo cero y coincida con el último numero de su cedula de identidad.
Entre el refrigerante 22 y el 134a ¿Cuál es el más adecuado para este sistema de refrigeración? y ¿por qué?
Resp. Para seleccionar un refrigerante se toma en cuanta dos variables la temperatura del medio a refrigerar y del medio ambiente y las presiones.
Para cualquier refrigerante que trabaje en cualquier ciclo si hay una trasferencia de calor este debe tener entre 5 a 10 grados mas de temperatura.
Por ejemplo si el espacio refrigerado se desea a -5 ºC el refrigerante debe estar a -15 ºC.
Y las presiones de saturación del refrigerante deben cumplir las siguientes condiciones, para el evaporador y el condensador.
Psat, ref ≥ Peva
Psat, ref ≤ Pcond
Referencias Consultadas:
1. Cengel Y. y Boles M. (2002). "Termodinámica". Mc Graw Hill, 5ta edición.
2. Smith J., Van Ness H. y Abbott M. (1997). Introducción a la termodinámica en ingeniería química. McGraw-Hill, 5ta edición.
Javier Morles dijo
Se ha descubierto que los CFC destruyen la capa de ozono, es por esto, que desarrollo el R-134a, el cual no es agresivo con el ambiente porque sus moléculas no contienen cloro. El problema de utilizar nuevos refrigerantes en un sistema es el hecho de puede que sea necesario el rediseño de los compresores. Ahora es evidente que el refrigerante 22 es el menos adecuado para este sistema de refrigeración...
Javier Morles
19902949
I-003 Ing. Petroquimica.
3 Mayo 2011 | 06:36 AM