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Irma Rumela
25/04/2008, 15:26
[B]¿CUALES SON LOS PASOS PARA DISEÑAR CAMARAS FRIGORIFICAS PARA CONSERVAR FRUTAS?

Irma Rumela
30/04/2008, 13:07
Consideraciones para el diseño o rediseño de cámaras frigoríficas
Luis Manuel García Rojas


RESUMEN:
En este trabajo aparecen algunos conceptos básicos para el conocimiento del funcionamiento de los ciclos de refrigeración, los cuales están muy vinculados a contenidos de disciplinas tales como. Mecánica de los fluidos, Termodiámica y de transferencia de calor entre otros. Además aparecen expresiones de cálculo y consideraciones que ayudan al diseño o rediseño de cámaras frigorificas.

Algunos de los conceptos claves a la hora de poder diseñar y comprender una instalación frigorifica son:
Calor
El calor es una forma de energía, creada principalmente por la transformación de otros tipos de energía en energía de Calor; por ejemplo, la energía Mecánica que opera una rueda causa fricción y crea calor. Calor es frecuentemente definido como energía en transito, porque nunca se mantiene estática, ya que siempre está transmitiéndose desde cuerpos cálidos a los cuerpos fríos. La mayor parte del calor en la tierra se deriva de las radiaciones del Sol.

Ciclo de refrigeración

Con la ayuda del diagrama presión – entalpia de un fluido, es posible definir un ciclo de refrigeración, donde en determinado momento el refrigerante se encuentra en estado de vapor sobrecalentado a baja presión cuando proviene del evaporador despúes este es comprimido donde el trabajo es adicionado al sistema resultando en un aumento de presión en la descarga, continuando en estado de vapor sobrecalentado ahora con alta presión y alta temperatura para después ocurrir la condensación aquí el calor es retirado del sistema y el refrigerante está en estado de líquido subenfriado. En el condensador el intecambio de calor es hecho en tres etapas. En la primera etapa el calor sensíble es retirado isobaricamente, pasando el fluido de vapor de sobrecalentado a vapor saturado, a continuación el fluido pasa por un processo de cambio de fase de forma isobárica-isotérmica para finalmente ocurrir un processo de subresfriamento a alta presión en estado de líquido subresfriado.

El fluido debe perder presión y temperatura para retornar al sistema de baja presión para eso el refrigerante pasa por un dispositivo de expansión donde el fluido se encuentra en una mezcla líquido más vapor. Faltando, para completar el ciclo, el proceso de evaporación. El fluido irá absorviendo calor, cambiando de fase, Antes de reiniciar el ciclo, el refrigerante es sobrecalentado, evitando la presencia de líquido en el el compresor.

EVAPORADORES

El evaporador o serpentín de enfriamiento es la parte del sistema de refrigeración donde se retira el calor del producto: aire, agua o algo que deba enfriarse, y se define como un intercambiador de calor.
Cuando el refrigerante entra a los tubos, que conforman el evaporador, absorbe calor de los productos que van a ser enfriados, y, cuando absorbe calor de la carga empieza a “hervir” y se vaporiza. En este proceso el evaporador ejecuta la función de puente térmico entre el medio a enfriar y el refrigerante, desarrollando el propósito total del sistema, la refrigeración.
Se desarrollan y producen evaporadores de diseños y formas diferentes para satisfacer las más variadas necesidades de los usuarios. Los tres principales tipos de evaporadores son de tubo descubierto, de superficie de placa y aleteados. Los evaporadores de tubo descubierto y superficie de placa algunas veces se les califica como evaporadores de superficie primaria debido a que para ambos tipos la superficie completa queda más o menos en contacto con el refrigerante vaporizado en su interior. Con el evaporador aleteado, los tubos que conducen el refrigerante constituyen la superficie principal, las aletas en si no tienen refrigerante en su interior y por lo mismo, son superficies secundarias en la transferencia del calor cuya función es re***** calor del aire de los alrededores y conducirlo hacia los tubos que llevan el refrigerante.

COMPRESORES

Después de que ha perdido calor y se vaporiza en el serpentín de enfriamiento, el refrigerante pasa a través de la línea de succión al siguiente componente mayor en el circuito de refrigeración, el compresor. Esta unidad que tiene dos funciones principales dentro del ciclo, se clasifica frecuentemente como el corazón del sistema, porque hace circular el refrigerante a través del sistema. Las funciones que realiza son: Recibir o remover el vapor refrigerante desde el evaporador, de tal manera que la presión y la temperatura deseada de evaporación se mantengan. Incrementar la presión del vapor refrigerante a través del proceso de compresión y simultáneamente incrementar la temperatura del refrigerante de tal manera que pueda ceder calor al medio condensante del condensador.
Los compresores son usualmente clasificados en tres tipos principales: alternativos, rotatorios y centrífugos. El compresor alternativo se utiliza en la mayoría de las aplicaciones domésticas, comerciales pequeñas y unidades industriales de condensación. Este tipo de compresor puede posteriormente clasificarse de acuerdo a su construcción, de acuerdo a si es abierto o accesible para el trabajo o completamente sellado, de tal manera que no sea posible darle servicio.
Los compresores alternativos varían en tamaño, desde los que tienen un solo cilindro y su correspondiente pistón hasta uno lo suficientemente grande para tener 16 cilindros y pistones. El cuerpo del compresor puede construirse de una o dos partes de hierro fundido, acero fundido o en algún caso de aleaciones de aluminio. La disposición de los cilindros puede ser horizontal, radial o vertical y ellos pueden estar en líneas rectas o arregladas en V o W.
Los compresores rotativos son clasificados así a causa de que ellos operan a través de la aplicación de una rotación, o movimiento circular, en vez de la operación alternativa descrita anteriormente. Un compresor rotativo es una unidad de desplazamiento positivo, y comúnmente puede usarse para bombear a mayor vacío que el compresor alternativo.
Existen tres tipos de compresores rotativos; pistón rodante, aleta rotatoria y lóbulo helicoidal. De estos describiremos sólo los más utilizados actualmente en los mercados de aire acondicionado y refrigeración.
Los compresores rotatorios del tipo paleta emplean una serie de paletas o alabes las cuales están equidistantes a través de la periferia de un rotor ranurado.

CONDENSADORES.

El componente mayor en el sistema de refrigeración, que sigue a la etapa de compresión, es el condensador. Básicamente, el condensador es otra unidad de intercambio de calor en el cual el calor extraído por el refrigerante en el evaporador, y también el añadido al vapor en la fase de compresión, se disipa a un medio condensante.
El vapor a alta presión y temperatura que sale del compresor está sobrecalentado y este sobrecalentamiento se retira en la línea de descarga y la primera porción del condensador. Como la temperatura del refrigerante es bajada a su punto de saturación, el vapor se condensa en líquido para continuar el ciclo.
Los condensadores pueden ser enfriados por aire, agua o por evaporación. Los refrigeradores domésticos generalmente tienen un condensador enfriado por aire, el cual depende del flujo de gravedad del aire que circula a través de él. Otras unidades enfriadas por aire usan ventiladores para secar o extraer grandes.



Conclusiones.
• Para el correcto diseño o rediseño de instalaciones de refrigeración es necesario el conocimiento de los principios básicos de mecánica de los fluidos, termodinámica y transferencia de calor.
• Para la correcta selección de una sustancia refrigerante es necesario tener en cuenta una valoración económica, de eficiencia energética y mediomabiental.
• Se deben proyectar todas las acciones posibles para disminuir la carga térmica que debe ser capaz de ser eliminada por el sistema de refrigeración.
• No solo basta una correcta selección de la instalación sino se tiene en cuenta el regimen de operación de la misma así como el mantenimiento.

Referencias Bibliográficas
ASHRAE. 2002. “2002 ASHRAE Handbook – Refrigeration”
ASHRAE. 1993. “1993 ASHRAE Handbook – Fundamentals”
ASHRAE. 1979. “1979 ASHRAE Handbook – Equipment”
Incropera, F. and De Witt, D., 1995. “Fundamentos de Transferencia de Calor y Masa”, volumen 1.


Datos de los autores.
Msc .Luis Manuel García Rojas
Ing.Leonardo Aguiar Trujillo.
Ing. Einara Blanco Machin.
Universidad de Pinar del Río.Cuba.
Departamento de mecánica.