MONITOREADO Y ANALISIS DE UN SISTEMA DE REGRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR.pdf

LABORATORIO No 1 REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO MEC-3338

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MONITOREADO Y ANALISIS DE UN SISTEMA DE REGRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPORMONITOREADO Y ANALISIS DE UN SISTEMA DE REGRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPORMONITOREADO Y ANALISIS DE UN SISTEMA DE REGRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPORMONITOREADO Y ANALISIS DE UN SISTEMA DE REGRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR

1.1.1.1. INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN.INTRODUCCIÓN.

La refrigeración reduce y mantiene la temperatura de un recinto por debajo de la temperatura

circundante.

1.1.1.1.1.1.1.1. ANTECEDENTES.ANTECEDENTES.ANTECEDENTES.ANTECEDENTES.

Para desarrollar el análisis del Sistema de Refrigeración por Compresión de Vapor utilizaremos un

refrigerador doméstico de baja potencia y dimensiones en el cual se observará la conservación de

productos a una temperatura inferior a la temperatura del medio.

1.2.1.2.1.2.1.2. OBJETIVOS.OBJETIVOS.OBJETIVOS.OBJETIVOS.

A través del monitoreo del funcionamiento del sistema de refrigeración por compresión de vapor de la

conservadora del laboratorio:

� Reconocer y establecer las funciones de los elementos del Sistema. � Conocer y comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración a través de la medición

de sus parámetros más característicos. � Asociación objetiva entre el sistema de refrigeración, su carga térmica y su consumo energético. � Precisar la naturaleza del servicio de refrigeración del sistema. � Desarrollo de un modelo de comportamiento del sistema a partir de los parámetros de

funcionamiento medidos.

1.3.1.3.1.3.1.3. FUNDAMENTO TEÓRICO.FUNDAMENTO TEÓRICO.FUNDAMENTO TEÓRICO.FUNDAMENTO TEÓRICO.

1.3.1.1.3.1.1.3.1.1.3.1. REFRIGERACIÓN.REFRIGERACIÓN.REFRIGERACIÓN.REFRIGERACIÓN.

La refrigeración conocida comúnmente como un proceso de enfriamiento, se define más correctamente

como:

“Remoción de calor de una sustancia para llevarla o mantenerla a u“Remoción de calor de una sustancia para llevarla o mantenerla a u“Remoción de calor de una sustancia para llevarla o mantenerla a u“Remoción de calor de una sustancia para llevarla o mantenerla a una temperatura convenientemente na temperatura convenientemente na temperatura convenientemente na temperatura convenientemente

baja, inferior a la temperatura del ambiente.”baja, inferior a la temperatura del ambiente.”baja, inferior a la temperatura del ambiente.”baja, inferior a la temperatura del ambiente.”

Es conveniente clasificar las aplicaciones de la refrigeración en las siguientes categorías; doméstica,

comercial, industrial, y de Aire Acondicionado, siendo los principales métodos de refrigeración los de

Sistemas de Refrigeración por Compresión de Vapor y Sistemas de Refrigeración por Absorción. A

veces se considera a la refrigeración aplicada al transporte como una categoría de clasificación.

La refrigeración doméstica se utiliza en la preparación y conservación de los alimentos, fabricación de

hielo y para enfriar bebidas en el hogar. La refrigeración comercial se utiliza en las tiendas de venta

al menudeo, restaurantes e instituciones, con los mismos fines que en el hogar. La refrigeración

industrial es necesaria en la industria alimentaria para el procesamiento, preparación y preservación

en gran escala. Aquí se incluye su utilización en las plantas de enfriamiento y congelación de

alimentos, cámaras frigoríficas, cervecerías y lecherías, para citar solamente unas pocas aplicaciones.

La criogénesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas, empleada para la licuar algunos gases o para

algunas investigaciones científicas.


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Los Motores de combustión interna en la zona de las paredes de los cilindros y en las culatas de los motores se producen temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y la culata y de allí pasa un radiador de enfriamiento y un depósito de compensación. El líquido refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto de congelación para preservar al motor de sufrir averías cuando se producen temperaturas bajo cero.

Las Máquinas herramientas también llevan incorporado un circuito de refrigeración y lubricación para

bombear el líquido refrigerante que utilizan que se llama taladrina o aceite de corte sobre el filo de

la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese deteriorar rápidamente.

La refrigeración también se usa extensamente tanto en el Aire Acondicionado para el confort de las

personas, como en el Aire Acondicionado para usos industriales. El aire acondicionado se utiliza para

crear la temperatura, humedad y limpieza del aire necesarias en los procesos de fabricación. Las

computadoras precisan de un ambiente controlado.

1.3.2.1.3.2.1.3.2.1.3.2. SISTEMASSISTEMASSISTEMASSISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.DE REFRIGERACIÓN.DE REFRIGERACIÓN.DE REFRIGERACIÓN.

Los denominados sistemas frigoríficossistemas frigoríficossistemas frigoríficossistemas frigoríficos o sistemas de refrigeraciónsistemas de refrigeraciónsistemas de refrigeraciónsistemas de refrigeración corresponden a arreglos mecánicos

que utilizan propiedades termodinámicas de la materia para trasladar energía térmica en forma de

calor entre dos o más focos, conforme se requiera. Están diseñados primordialmente para disminuir la

temperatura del producto almacenado en cámaras frigoríficas o cámaras de refrigeración las cuales

pueden contener una variedad de alimentos o compuestos químicos, conforme especificaciones.

Fig. 1.3.1. Ejemplo de un sistema de refrigeración.Fig. 1.3.1. Ejemplo de un sistema de refrigeración.Fig. 1.3.1. Ejemplo de un sistema de refrigeración.Fig. 1.3.1. Ejemplo de un sistema de refrigeración.

Fuente: http://japondejabugo.blogspot.com/2006/06/comprevap.html

En el estudio acabado y diseño de estos sistemas frigoríficos se aplican diversas ciencias, tales como

la química, en las propiedades y composición de los refrigerantes; la termodinámica, en el estudio de

las propiedades de la materia y su energía interna; la transferencia de calor, en el estudio de

intercambiadores de calor y soluciones técnicas; así como la ingeniería mecánica, en el estudio de

compresores de gas para lograr el trabajo de compresión requerido. Se han mencionado estas

disciplinas dejando de lado la electricidad, desde los tradicionales conocimientos en corrientes

trifásicas para la alimentación de los equipos, hasta conocimientos relativamente avanzados en

automatización y PLC, para el control automático que estos requieren cuando están operando en

planta frigorífica.


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1.3.3.1.3.3.1.3.3.1.3.3. CLASIFICACLASIFICACLASIFICACLASIFICACIÓN DE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.CIÓN DE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.CIÓN DE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.CIÓN DE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.

Entre los métodos de refrigeración convencionales ya citamos el de Compresión de Vapor y el Sistema

de Refrigeración por Absorción, pero además de estos existen diversos otros varios Sistemas

Alternativos pero de poco abarque, entre los cuales encontramos los siguientes:

� Refrigeración por compresión de Vapor.Refrigeración por compresión de Vapor.Refrigeración por compresión de Vapor.Refrigeración por compresión de Vapor.

• Sistemas de refrigeración en cascada.Sistemas de refrigeración en cascada.Sistemas de refrigeración en cascada.Sistemas de refrigeración en cascada.

• Sistemas de refrigeración por compresión de múltiples etapas.Sistemas de refrigeración por compresión de múltiples etapas.Sistemas de refrigeración por compresión de múltiples etapas.Sistemas de refrigeración por compresión de múltiples etapas.

• Sistemas de refrigeración de propósito múltiple con un solo comSistemas de refrigeración de propósito múltiple con un solo comSistemas de refrigeración de propósito múltiple con un solo comSistemas de refrigeración de propósito múltiple con un solo compresor.presor.presor.presor.

� Refrigeración por Absorción.Refrigeración por Absorción.Refrigeración por Absorción.Refrigeración por Absorción.

• Refrigeración por absorción AguaRefrigeración por absorción AguaRefrigeración por absorción AguaRefrigeración por absorción Agua----amoníaco.amoníaco.amoníaco.amoníaco.

• Refrigeración por absorción Bromuro deRefrigeración por absorción Bromuro deRefrigeración por absorción Bromuro deRefrigeración por absorción Bromuro delitiolitiolitiolitio----agua.agua.agua.agua.

� Refrigeración conforme zonas de fríoRefrigeración conforme zonas de fríoRefrigeración conforme zonas de fríoRefrigeración conforme zonas de frío

• Con una Con una Con una Con una zona de frío.zona de frío.zona de frío.zona de frío.

• De dos o más zonas de fríoDe dos o más zonas de fríoDe dos o más zonas de fríoDe dos o más zonas de frío

� Refrigeración por Bomba de Calor.Refrigeración por Bomba de Calor.Refrigeración por Bomba de Calor.Refrigeración por Bomba de Calor.

• Según el Tipo de Proceso.Según el Tipo de Proceso.Según el Tipo de Proceso.Según el Tipo de Proceso.

• Según el medio de origen y destino de la energía.Según el medio de origen y destino de la energía.Según el medio de origen y destino de la energía.Según el medio de origen y destino de la energía.

• Según construcción o morfología.Según construcción o morfología.Según construcción o morfología.Según construcción o morfología.

• Según funcionamiento.Según funcionamiento.Según funcionamiento.Según funcionamiento.

� Refrigeración Criogénica.Refrigeración Criogénica.Refrigeración Criogénica.Refrigeración Criogénica.

� Refrigeración por AdsorcRefrigeración por AdsorcRefrigeración por AdsorcRefrigeración por Adsorción.ión.ión.ión.

� Refrigeración conforme alimentación de refrigerante.Refrigeración conforme alimentación de refrigerante.Refrigeración conforme alimentación de refrigerante.Refrigeración conforme alimentación de refrigerante.

• Por expansión seca.Por expansión seca.Por expansión seca.Por expansión seca.

• Con recirculación de líquido.Con recirculación de líquido.Con recirculación de líquido.Con recirculación de líquido.

� Refrigeración por Eyección.Refrigeración por Eyección.Refrigeración por Eyección.Refrigeración por Eyección.

� Refrigeración Termoeléctrica.Refrigeración Termoeléctrica.Refrigeración Termoeléctrica.Refrigeración Termoeléctrica.

� Refrigeración Termoquímica.Refrigeración Termoquímica.Refrigeración Termoquímica.Refrigeración Termoquímica.

� Refrigeración de Motores.Refrigeración de Motores.Refrigeración de Motores.Refrigeración de Motores.

• Refrigeración por agua.Refrigeración por agua.Refrigeración por agua.Refrigeración por agua.

• Refrigeración por aire.Refrigeración por aire.Refrigeración por aire.Refrigeración por aire.

� Refrigeración por disoluciónRefrigeración por disoluciónRefrigeración por disoluciónRefrigeración por disolución....

� Refrigeración por Gas.Refrigeración por Gas.Refrigeración por Gas.Refrigeración por Gas.

• Refrigeración por Gas simple.Refrigeración por Gas simple.Refrigeración por Gas simple.Refrigeración por Gas simple.

• Refrigeración por Gas con regeneración.Refrigeración por Gas con regeneración.Refrigeración por Gas con regeneración.Refrigeración por Gas con regeneración.


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1.3.4.1.3.4.1.3.4.1.3.4. REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR.REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR.REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR.REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR.

La refrigeración por compresión consiste en forzar mecánicamente la circulación de un fluido en un

circuito cerrado creando zonas de alta y baja presión con el propósito de que el fluido absorba calor

en un lugar y lo disipe en el otro.

Una máquina frigorífica por compresión, tiene por cometido desplazar energía térmica entre dos

puntos. Para lograrlo se evapora un fluido dentro de un recinto cerrado, el cual tiene un contacto

térmico con su entorno; al evaporarse el fluido líquido cambia de estado, ahora es vapor. Después, un

compresor se encarga de condensarlo de nuevo, aumentando la presión, lo que además produce que

aumente su temperatura, lo que facilita que en otro intercambiador de calor, ceda calor, enfriándose.

El fluido pasa por una válvula de expansión, donde pierde bruscamente presión, se evapora y se

enfría, y se vuelve a repetir el ciclo.

La palabra compresión en este caso es dedicada especialmente al compresor, entonces para producir

frío por compresión se debe a, transformar un líquido a vapor y volver a prepáralo el mismo vapor a

líquido para su futuro evaporación gracias a la compresión.

Fig. 1.3.2. Esquema y diagrama TFig. 1.3.2. Esquema y diagrama TFig. 1.3.2. Esquema y diagrama TFig. 1.3.2. Esquema y diagrama T----S para el ciclo real de refrigeración por compresión de vapor.S para el ciclo real de refrigeración por compresión de vapor.S para el ciclo real de refrigeración por compresión de vapor.S para el ciclo real de refrigeración por compresión de vapor.

Fuente: Yunus A. Cengel, TERMODINAMICA, Editorial McGrawHill, México 2009.

1.3.4.1.1.3.4.1.1.3.4.1.1.3.4.1. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN EN CASCADA.SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN EN CASCADA.SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN EN CASCADA.SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN EN CASCADA.

Algunas aplicaciones industriales requieren temperaturas moderadamente bajas, y el intervalo de

temperatura que involucran es demasiado grande para que un ciclo simple de refrigeración por

compresión de vapor resulte práctico. Un gran intervalo de temperatura significa también un gran nivel

de presión en el ciclo y un pobre desempeño en un compresor reciprocante.

Una manera de enfrentar esas situaciones consiste en efectuar el proceso de refrigeración por

etapas, es decir, tener dos o más ciclos de refrigeración que operan en serie.

Tales procesos se denominan ciclos de refrigeración en cascada.


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Fig. 1.3.3. Ciclo de refrigeración en cascada de dos etapas.Fig. 1.3.3. Ciclo de refrigeración en cascada de dos etapas.Fig. 1.3.3. Ciclo de refrigeración en cascada de dos etapas.Fig. 1.3.3. Ciclo de refrigeración en cascada de dos etapas.


1.3.4.2.1.3.4.2.1.3.4.2.1.3.4.2. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓNSISTEMAS DE REFRIGERACIÓNSISTEMAS DE REFRIGERACIÓNSISTEMAS DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE MÚLTIPLES ETAPAS.POR COMPRESIÓN DE MÚLTIPLES ETAPAS.POR COMPRESIÓN DE MÚLTIPLES ETAPAS.POR COMPRESIÓN DE MÚLTIPLES ETAPAS.

Cuando el fluido utilizado por todo el sistema de refrigeración en cascada es el mismo, el

intercambiador de calor entre las etapas puede sustituirse por una cámara de mezclado (llamada

cámara de vaporización instantánea), puesto que tiene mejores características de transferencia de

calor.

A dichos sistemas se les denomina sistemas de refrigeración por compresión de múltiples etapas.

Fig. 1.3.4. Sistema de refrigeración por compresión de dos etapas con una cámara de vapFig. 1.3.4. Sistema de refrigeración por compresión de dos etapas con una cámara de vapFig. 1.3.4. Sistema de refrigeración por compresión de dos etapas con una cámara de vapFig. 1.3.4. Sistema de refrigeración por compresión de dos etapas con una cámara de vaporización instantánea.orización instantánea.orización instantánea.orización instantánea.



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1.3.5.1.3.5.1.3.5.1.3.5. REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN.REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN.REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN.REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN.

El sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frío que, al igual que en el sistema

de refrigeración por compresión, aprovecha que ciertas sustancias absorben calor al cambiar de estado

líquido a gaseoso. Así como en el sistema de compresión el ciclo se hace mediante un compresor, en el

caso de la absorción, el ciclo se basa físicamente 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) amoniaco.

Fig. 1.3.5. Fig. 1.3.5. Fig. 1.3.5. Fig. 1.3.5. Ciclo de absorción simplificado.Ciclo de absorción simplificado.Ciclo de absorción simplificado.Ciclo de absorción simplificado.

Fuente:http://www.soliclima.es/productos/9-ciclos.html,

Más en detalle, en el ciclo agua-bromuro de litio, el agua (refrigerante), en un circuito a baja presión,

se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador, el cual enfría un fluido secundario, que

refrigerará ambientes o cámaras. Acto seguido el vapor es absorbido por el bromuro de litio

(absorbente) en el absorbedor, produciendo una solución concentrada. Esta solución pasa al calentador,

donde se separan disolvente y soluto por medio de calor procedente de una fuente externa; el agua

vuelve al evaporador, y el bromuro al absorbedor para reiniciar el ciclo. Como los sistemas de

compresión, el sistema requiere una torre de enfriamiento para disipar el calor sobrante.

En la práctica se usan más comúnmente los sistemas:

� Refrigeración por absorción ARefrigeración por absorción ARefrigeración por absorción ARefrigeración por absorción Aguaguaguagua----amoníaco:amoníaco:amoníaco:amoníaco: donde el agua es el absorbedor y el amoníaco el refrigerante.

� Refrigeración por absorción Bromuro de Refrigeración por absorción Bromuro de Refrigeración por absorción Bromuro de Refrigeración por absorción Bromuro de litiolitiolitiolitio----agua:agua:agua:agua: donde el bromuro de litio es el absorbedor y el refrigerante el agua


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Fig. 1.3.6. Refrigeración por absorción de amoniaco.Fig. 1.3.6. Refrigeración por absorción de amoniaco.Fig. 1.3.6. Refrigeración por absorción de amoniaco.Fig. 1.3.6. Refrigeración por absorción de amoniaco.


1.3.6.1.3.6.1.3.6.1.3.6. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN CONFORME ZONAS DE FRÍO.SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN CONFORME ZONAS DE FRÍO.SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN CONFORME ZONAS DE FRÍO.SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN CONFORME ZONAS DE FRÍO.

Los sistemas de sistemas de sistemas de sistemas de refrigeraciónrefrigeraciónrefrigeraciónrefrigeraciónimplementados tanto en plantas frigoríficas como en refrigeradores

domésticos pueden catalogarse primeramente conforme las denominadas "zonas de frío" o

temperaturas de frío para las cuales estos estén diseñados.

Fig. 1.3.7. Fig. 1.3.7. Fig. 1.3.7. Fig. 1.3.7. Sala de recepción de Sala de recepción de Sala de recepción de Sala de recepción de planta frigoríficaplanta frigoríficaplanta frigoríficaplanta frigorífica....

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_frigor%C3%ADfico#Sistemas_de_refrigeraci.C3.B3n

� Con una zona de fríoCon una zona de fríoCon una zona de fríoCon una zona de frío.... Es el clásico arreglo en el cual el sistema opera bajo una sola temperatura de régimen de frío, es decir, entre una temperatura de condensación y una sola temperatura de evaporación del refrigerante.


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� De dos o más zonas de fríoDe dos o más zonas de fríoDe dos o más zonas de fríoDe dos o más zonas de frío....

Es aquel sistema en el cual el refrigerante -condensado a una sola temperatura- se evapora a distintos valores en función de distintos procesos. A modo de ejemplo, y para una planta frigorífica, una cámara de congelado y una cámara de productos frescos requieren distintas temperaturas de régimen y, por lo tanto, distintas temperaturas de evaporación del refrigerante. 1.3.7.1.3.7.1.3.7.1.3.7. BOMBA DE CALOR.BOMBA DE CALOR.BOMBA DE CALOR.BOMBA DE CALOR.

Una bomba de calor es una máquina térmica que permite transferir energía en forma de calor de un

foco a otro, y según se requiera. Para lograr esta acción, es necesario un aporte de trabajo dado que

por la segunda ley de la termodinámica, el calor se dirige de manera espontánea de un foco caliente a

otro frío, y no al revés, hasta que sus temperaturas se igualan. Este fenómeno de transferencia de

energía se realiza principalmente por medio de un sistema de refrigeración por compresión de gases

refrigerantes cuya particularidad radica en su válvula inversora de ciclo, la que puede invertir el

sentido del flujo de refrigeración transformando el condensador en evaporador y viceversa.

Fig. 1.3.8. Operación de la bomba de calor Fig. 1.3.8. Operación de la bomba de calor Fig. 1.3.8. Operación de la bomba de calor Fig. 1.3.8. Operación de la bomba de calor –––– modo de calentamiento.modo de calentamiento.modo de calentamiento.modo de calentamiento.

Fuente:http://www.soliclima.es/productos/9-bomba-de-calor.html,

Fig. 1.3.9. Operación de la bomba de calor Fig. 1.3.9. Operación de la bomba de calor Fig. 1.3.9. Operación de la bomba de calor Fig. 1.3.9. Operación de la bomba de calor –––– modo de enfriamiento.modo de enfriamiento.modo de enfriamiento.modo de enfriamiento.

Fuente:http://www.soliclima.es/productos/9-operaciones.html,


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El principio de la bomba de calor se utiliza en sistemas de climatización, así como en sistemas

domésticos de aire acondicionado dado que el ciclo reversible que tiene este sistema otorga la

posibilidad tanto de extraer como de ingresar energía al medio enfriar o calentar con un mismo equipo,

controlando arranques, paradas y el ciclo reversible en forma automática.

1.3.7.1.1.3.7.1.1.3.7.1.1.3.7.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

Una bomba de calor de refrigeración por compresión emplea un fluidorefrigerante con un bajo punto de ebullición. Éste requiere energía (denominada calor latente) para evaporarse, y extrae esa energía de su alrededor en forma de calor.

El fluido refrigerante a baja temperatura y en estado gaseoso pasa por un compresor, el que eleva su presión aumentando así su energía interna. Éste, al pasar por el intercambiador de calor llamado condensador, cede calor al foco caliente porque está aún más caliente que éste, donde cambia su estado a líquido. Después se le hace pasar por una válvula de expansión, donde recupera la presión inicial y se enfría bruscamente. Luego pasa por otro intercambiador de calor, el evaporador, donde absorbe calor del foco frío, puesto que está más frío que dicho foco. El fluido, que se ha evaporado, regresa al compresor, cerrándose el ciclo.

La válvula inversora de ciclo, o válvula inversora de cuatro vías se encuentra a la salida (descarga) del compresor y, según la temperatura del medio a climatizar (censada en presión de refrigerante sobrecalentado en la succión del compresor), conmuta invirtiendo el flujo de refrigeración.

La cantidad de calor que se puede bombear depende de la diferencia de temperatura entre los focos frío y caliente. Cuanto mayor sea ésta diferencia, menor será el rendimiento de la máquina. Las bombas térmicas tienen un rendimiento, denominado COP (coefficient of performance, en castellano, CEE coeficiente de eficiencia energética) mayor que la unidad. Aunque esto puede parecer imposible, se debe a que en realidad se está moviendo calor usando energía, en lugar de producir calor como en el caso de las resistencias eléctricas. Una parte muy importante de este calor se toma de la entalpía del aire atmosférico. En toda bomba de calor se verifica que el calor transmitido al foco caliente es la suma del calor extraído del foco frío más la potencia consumida por el compresor, que se transmite al fluido.

[ ]kWWQQ FC +=& (1.1)

Dado que el efecto útil de una bomba de calor depende de su uso, hay dos expresiones distintas del COP. Si la máquina se está usando para refrigerar un ambiente, el efecto útil es el calor extraído del foco frío:

W

QCOP F= (1.2)

Si la bomba de calor está usándose para calentar una zona, el efecto útil es el calor introducido:

W

WQ

W

QCOP FC +

== (1.3)

Una bomba de calor típica tiene un COP de entre dos y seis, dependiendo de la diferencia entre las temperaturas de ambos focos. 1.3.7.2.1.3.7.2.1.3.7.2.1.3.7.2. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS DE CALOR.CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS DE CALOR.CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS DE CALOR.CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS DE CALOR.

Las bombas de calor se pueden clasificar de distintas maneras:

� Según el Tipo de Proceso.Según el Tipo de Proceso.Según el Tipo de Proceso.Según el Tipo de Proceso.

- Bombas de Calor, cuyo compresor está impulsado mecánicamente por un motor eléctrico de gas,

diesel, o de otro tipo.


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- Bombas de Calor de accionamiento térmico (Bombas de Calor de absorción), en las que el ciclo se

impulsa mediante calor a temperaturas elevadas.

- Bombas de Calor electrotérmicas, que funcionan según el efecto Peltier.

Fig. 1.3.10. Fig. 1.3.10. Fig. 1.3.10. Fig. 1.3.10. Bomba de calor de compresion accionada por motor electrico y con motor a gas.Bomba de calor de compresion accionada por motor electrico y con motor a gas.Bomba de calor de compresion accionada por motor electrico y con motor a gas.Bomba de calor de compresion accionada por motor electrico y con motor a gas.

Fuente:http://www.soliclima.es/productos/9-bombadecalor.html,

� Según el medio de origen y destino de la energía:Según el medio de origen y destino de la energía:Según el medio de origen y destino de la energía:Según el medio de origen y destino de la energía:

Esta clasificación es la más utilizada. La Bomba de Calor se denomina mediante dos palabras. La primera corresponde al medio del que absorbe el calor (foco frío) y la segunda al medio receptor (foco caliente).

- Las bombas de calor aireLas bombas de calor aireLas bombas de calor aireLas bombas de calor aire----aireaireaireaire: son las que más se usan, sobre todo en climatización. - Bombas de calor aire-agua: se utilizan para producir agua fría para refrigeración o agua caliente para calefacción y agua sanitaria.

- Bombas de calor aguaBombas de calor aguaBombas de calor aguaBombas de calor agua----aireaireaireaire: Permiten aprovechar la energía contenida en el agua de los ríos, mares, aguas residuales, etc. Producen unos rendimientos energéticos mejores que las que utilizan aire exterior.

- Bombas de calor aguaBombas de calor aguaBombas de calor aguaBombas de calor agua----aguaaguaaguaagua: son bastante parecidas a las anteriores.

- Bombas de calor tierraBombas de calor tierraBombas de calor tierraBombas de calor tierra----aire y tierraaire y tierraaire y tierraaire y tierra----aguaaguaaguaagua: Aprovechan el calor contenido en el terreno. Se basa en los principios de la geotermia; el intercambio de calor se hace con el subsuelo, porque ofrece temperaturas más ventajosas que las del aire exterior, siendo consecuentemente aún más eficiente, aunque la instalación también es más costosa.

� Según construcción o morfología.Según construcción o morfología.Según construcción o morfología.Según construcción o morfología.

---- CompactaCompactaCompactaCompacta: Todos los elementos que constituyen la Bomba de Calor se encuentran alojados dentro de

una misma carcasa.

-Split o partidasSplit o partidasSplit o partidasSplit o partidas: Están constituidas por dos unidades separadas. Una exterior donde se aloja el

compresor y la válvula de expansión y una unidad interior. De esta manera se evitan los ruidos en el

interior local.

-MultiMultiMultiMulti----splitsplitsplitsplit: Están constituidas por una unidad exterior y varias unidades interiores.


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� Según funcionamientoSegún funcionamientoSegún funcionamientoSegún funcionamiento....

- Reversibles: Pueden funcionar tanto en ciclo de calefacción como en ciclo de refrigeración invirtiendo el sentido de flujo del fluido.

- No reversiblesNo reversiblesNo reversiblesNo reversibles: Únicamente funcionan en ciclo de calefacción.

-Termofrigobombas:Termofrigobombas:Termofrigobombas:Termofrigobombas: Producen simultáneamente frío y calor.

1.3.8.1.3.8.1.3.8.1.3.8. REFRIGERACIÓN CRIOGÉNICA.REFRIGERACIÓN CRIOGÉNICA.REFRIGERACIÓN CRIOGÉNICA.REFRIGERACIÓN CRIOGÉNICA.

La criogenia (de las palabras griegoKRYOS = frío y GENEIA = generación) es el conjunto de técnicas

utilizadas para enfriar un material a la temperatura de ebullición del nitrógeno o a temperaturas aún

más bajas. La temperatura de ebullición del nitrógeno, es decir 77,36[K] (o lo que es lo mismo -

195,79[°C]) se alcanza sumergiendo a una muestra en nitrógeno líquido. El uso de helio líquido en lugar

de nitrógeno permite alcanzar la temperatura de ebullición de éste, que es de 4,22[K] (-268,93[°C]).

La criogenia es ampliamente utilizada en tecnologías que dependen de la superconductividad, pues

todos los superconductores conocidos lo son sólo a bajas temperaturas (la temperatura crítica

superconductora más alta registrada hasta la fecha, a presión ambiente, está en torno a los 135[K],

pero generalmente son mucho más bajas). Por ejemplo, los aparatos de resonancia magnética nuclear

utilizados en medicina dependen de técnicas criogénicas para mantener la temperatura de los imanes

superconductores que albergan.

Mediante el uso de técnicas más avanzadas es posible alcanzar temperaturas aún más cercanas al

cero absoluto (del orden de la milésima de kelvin): refrigeradores de dilución y desmagnetización

adiabática. Tales técnicas tienen su principal aplicación en el campo de la investigación, pues a

temperaturas suficientemente bajas los efectos de la mecánica cuántica se hacen notar en cuerpos

macroscópicos.

Fig. 1.3.11Fig. 1.3.11Fig. 1.3.11Fig. 1.3.11. . . . Refrigeración con Nitrógeno líquido para alcanzar temperaturas más bajas Refrigeración con Nitrógeno líquido para alcanzar temperaturas más bajas Refrigeración con Nitrógeno líquido para alcanzar temperaturas más bajas Refrigeración con Nitrógeno líquido para alcanzar temperaturas más bajas usando helio líquido en usando helio líquido en usando helio líquido en usando helio líquido en

procesos de criogenizaciónprocesos de criogenizaciónprocesos de criogenizaciónprocesos de criogenización

Fuente:http://www.soliclima.es/productos/9-refrigeracion.html,


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También brinda esperanzas a personas que se sabe están próximas a morir y desean ser sometidas a

la criogenia con el fin de dar el tiempo necesario al campo de la medicina para que encuentre la

solución por la cual tomaron la decisión de congelarse. Sin embargo, con la implementación que lleva en

la actualidad el criogenizarse, es muy difícil que funcione el método debido a los riesgos que se

presentan, ya que el cuerpo humano está constituido en su mayoría de agua y ésta al congelarse

tiende a formar cristales, los cuales perforan las células y crean un gran problema al momento de

llevarse a cabo el proceso de descongelación. Esto, aunado a que, si funciona el método, la persona

puede ser sometida a una gran carga emocional por adaptarse a su nuevo ambiente y superar la idea

de que toda la gente que conoce y quiere probablemente haya muerto.

1.3.9.1.3.9.1.3.9.1.3.9. REFRIGERACIÓN POR ADSORCIÓN.REFRIGERACIÓN POR ADSORCIÓN.REFRIGERACIÓN POR ADSORCIÓN.REFRIGERACIÓN POR ADSORCIÓN.

Como adsorción se conoce la capacidad que tienen algunas sustancias de adsorber y retener dentro de

su estructura morfológica a moléculas de otras sustancias, en una especie de "trampa laberíntica"

donde la molécula "visitante" se introduce espontáneamente, pero luego no puede salir y queda

retenida. Generalmente un calentamiento posterior, hace que la molécula retenida se libere y el

elemento adsorbedor quede "limpio".

Fig. 1.3.12. Sistema de RefrigeraciónFig. 1.3.12. Sistema de RefrigeraciónFig. 1.3.12. Sistema de RefrigeraciónFig. 1.3.12. Sistema de Refrigeración por Adsorción.por Adsorción.por Adsorción.por Adsorción.

Fuente: http://html.rincondelvago.com/refrigeracion_1.html,

La adsorción es un fenómeno de adherencia superficial entre dos sustancias. Las moléculas de una y

otra no llegan a interpenetrarse, tan solo quedan relacionadas al nivel de las capas exteriores. Se

pueden distinguir la adsorción en la superficie de un líquido y en la superficie de un sólido (ya que

solamente los líquidos y los sólidos presentan, en virtud de las características de sus estados, una

superficie que delimita su volumen).

Hay muchas sustancias con esa capacidad, pero las más utilizadas en la práctica son el carbón vegetal

activado, las zeolitas, las tierras de diatomeas y otras.


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Este proceso se realiza a través de un compuesto químico cuya fórmula es H2O, a temperatura entre

0 – 100[ºC] (P = 1000[mbar]) es un líquido insípido, inodoro e incoloro en cantidades pequeñas; en

grandes cantidades retiene las radiaciones del rojo, por lo que a nuestro ojos adquiere un color azul.

Algunas propiedades termodinámicas del agua y el comportamiento de la adsorción del par adsortivo,

agua-zeolita, en un diagrama isostérico.

Como los procesos de absorción y adsorción son en principio muy similares en cuanto a su resultado

neto, la refrigeración por adsorción solo se diferencia de la de por absorción en la naturaleza de las

sustancias adsorbedoras, el refrigerante y sus temperaturas de trabajo.

Este método de refrigeración se ha considerado recientemente como una alternativa práctica para la

utilización de fuentes renovables de energía en la producción de frío, y existen prototipos en uso en

diferentes países, utilizando la energía solar diurna, para producir agua fría durante la noche.

1.3.9.1.1.3.9.1.1.3.9.1.1.3.9.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ENFRIAMIENTODESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ENFRIAMIENTODESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ENFRIAMIENTODESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ENFRIAMIENTO....

El proceso de enfriamiento se obtiene mediante la evaporación del refrigerante. Nuestro prototipo se

encuentra diseñado para realizar esta evaporación en forma paulatina dosificando el ingreso del

refrigerante al evaporador por medio de una válvula adecuada.

Para el inicio del proceso se requiere haber captado la totalidad del refrigerante líquido en la botella,

con ello además se garantiza que el adsorbente se encuentre seco. Se cierra la válvula “A” y se abre

la válvula “B” mientras que la válvula “C” es abierta para permitir el ingreso paulatino del

refrigerante.

La presión durante el proceso de evaporación es alrededor de 1 mbar, es decir tenemos la etapa de

“baja presión”. El ingreso del refrigerante en el evaporador hace que la presión dentro de él comienza

a incrementarse, sin embargo ésta se mantiene baja hasta finalizar la etapa de adsorción, ya que los

vapores son totalmente capturados por el adsorbente.

Fig. 1.3.13. Diagrama isostérico del prototipoFig. 1.3.13. Diagrama isostérico del prototipoFig. 1.3.13. Diagrama isostérico del prototipoFig. 1.3.13. Diagrama isostérico del prototipo UNI (esquemáticoUNI (esquemáticoUNI (esquemáticoUNI (esquemático AB: Adsorción isobárica AB: Adsorción isobárica AB: Adsorción isobárica AB: Adsorción isobárica –––– BC: Calentamiento isostérico.BC: Calentamiento isostérico.BC: Calentamiento isostérico.BC: Calentamiento isostérico.

CD:CD:CD:CD: Regeneración isobárica Regeneración isobárica Regeneración isobárica Regeneración isobárica –––– DA: Enfriamiento isostéricoDA: Enfriamiento isostéricoDA: Enfriamiento isostéricoDA: Enfriamiento isostérico

Fuente: http://html.rincondelvago.com/diagramas_1.html,

1.3.10.1.3.10.1.3.10.1.3.10. REFRIGERACIÓN CONFORME ALIMENTACIÓN DE REFRIGERANTE.REFRIGERACIÓN CONFORME ALIMENTACIÓN DE REFRIGERANTE.REFRIGERACIÓN CONFORME ALIMENTACIÓN DE REFRIGERANTE.REFRIGERACIÓN CONFORME ALIMENTACIÓN DE REFRIGERANTE.

Donde tenemos el funcionamiento por expansión seca y con recirculación de líquido.


14

� Expansión seca.Expansión seca.Expansión seca.Expansión seca.

Se les denomina sistemas de sistemas de sistemas de sistemas de expansión secaexpansión secaexpansión secaexpansión seca, o directao directao directao directa---- a los sistemas frigoríficos en los cuales la

evaporación del refrigerante se lleva a cabo a través de su recorrido por el evaporador,

encontrándose este en estado de mezcla en un punto intermedio de este. Estos sistemas, si bien son

los más comunes, suelen ser de menor capacidad que los de recirculación de líquido.

� Con recirculación deCon recirculación deCon recirculación deCon recirculación de líquidolíquidolíquidolíquido

Lo que diferencia a los sistemas de recirculación de líquidosistemas de recirculación de líquidosistemas de recirculación de líquidosistemas de recirculación de líquido a los de expansión directa es que el flujo

másico de líquido a los evaporadores supera con creces al flujo de vapor producido en el evaporador.

Es común el apelativo de “sobrealimentación de líquido” para los evaporadores de estos sistemas.

Estos sistemas son preferentemente utilizados en aplicaciones industriales, con un número

considerable de evaporadores y operando a baja temperatura.

Fig. 1.3.14. Fig. 1.3.14. Fig. 1.3.14. Fig. 1.3.14. Evaporadores inundadosEvaporadores inundadosEvaporadores inundadosEvaporadores inundados para para para para amoníacoamoníacoamoníacoamoníaco en en en en cámara de refrigeracióncámara de refrigeracióncámara de refrigeracióncámara de refrigeración para frutaspara frutaspara frutaspara frutas

Fuente: http://www.sabelotodo.org/aparatos/refrigeracion.html,

1.3.11.1.3.11.1.3.11.1.3.11. REFRIGERACIÓN POR EYECCIÓN.REFRIGERACIÓN POR EYECCIÓN.REFRIGERACIÓN POR EYECCIÓN.REFRIGERACIÓN POR EYECCIÓN.

Esta instalación es análoga, a una instalación con compresor, ya que consta de:

- Un evaporador, instalado en el recinto frigorífico, donde absorbe el calor "Qa".

- Un condensador, donde se cede al exterior un calor "Qc".

- Una válvula de expansión, donde se produce una caída de presión isentálpica.

- Eyector, caldera y bomba; que realizan la función del compresor, en una instalación por compresión.

Con este sistema, hoy en día aplicado exclusivamente al aire acondicionado, se logran alcanzar temperaturas de refrigeración del orden 3 a10ºC.

El eyector es una máquina de rendimiento muy bajo, que consta de una tobera, donde se expansiona el vapor seco proveniente de la caldera, hasta presiones de 7 a 12 mbar, en un proceso termodinámico en donde se transforma la energía en forma de entalpía en energía cinética. Debido a esta caída de presión crea un vacío en la cámara de mezcla (ver esquema adjunto), en donde fluye del evaporador, el


15

vapor saturado seco proveniente de la evaporación, se mezclan las dos corrientes de vapor y pasan a un difusor en donde se produce una compresión (transformación de la energía cinética en entalpía).

Fig. 1.3.15. Esquema de la instalación con eyector.Fig. 1.3.15. Esquema de la instalación con eyector.Fig. 1.3.15. Esquema de la instalación con eyector.Fig. 1.3.15. Esquema de la instalación con eyector.

Fuente: http://html.rincondelvago.com/esquemas_1.html,

Esta instalación realiza dos ciclos termodinámicos, uno correspondiente propiamente a la instalación frigorífica, y otra a la caldera.

Funciona de la siguiente manera:

- Después de expansionarse en la válvula de expansión el vapor de agua a baja temperatura (con bajo título), se evapora gracias al calor "Qa" sustraído al recinto frigorífico, pasando al estado 1 en forma de vapor de agua saturado seco.

- Este vapor se mezcla con el vapor producido en la caldera, en la cámara de mezcla del eyector, después de que este haya expansionado en la tobera del eyector (proceso 6-7); el estado termodinámico de la mezcla es "M". Una vez mezclado los dos flujos pasan al difusor donde aumenta la presión, hasta la presión del condensador.

Ambos caudales de vapor pasan al condensador donde sé licúan (estado líquido saturado correspondiente a la presión del condensador); al licuarse cede calor al exterior igual a "Qc"; una vez condensado el vapor, la mayor parte del caudal de agua pasa por la válvula de expansión, donde expansiona isoentalpicamente hasta la presión del evaporador, saliendo vapor húmedo con bajo título; la otra parte de agua líquida es aspirada por una bomba que aumenta la presión hasta la presión de la caldera (normalmente sobre 10 bar), en donde recibe calor "Qca" y se evapora totalmente obteniéndose en el punto 6 vapor saturado seco, que se dirige a la tobera del eyector.


16

Fig. 1.3.16. Fig. 1.3.16. Fig. 1.3.16. Fig. 1.3.16. Refrigeración por eyección.Refrigeración por eyección.Refrigeración por eyección.Refrigeración por eyección.


1.3.12.1.3.12.1.3.12.1.3.12. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN TERMOELÉCTRICO.SISTEMA DE REFRIGERACIÓN TERMOELÉCTRICO.SISTEMA DE REFRIGERACIÓN TERMOELÉCTRICO.SISTEMA DE REFRIGERACIÓN TERMOELÉCTRICO.

La teoría de un refrigerador termoeléctrico se fundamente en una serie de efectos físicos propios de

los sólidos conductores y semiconductores. Dichos efectos termoeléctricos relacionan las interacciones

entre los flujos de calor y eléctricos en una junta de dos materiales (conductores o semiconductores)

diferentes.

Fig. 1.3.17. Diagrama esquemático del Efecto Peltier.Fig. 1.3.17. Diagrama esquemático del Efecto Peltier.Fig. 1.3.17. Diagrama esquemático del Efecto Peltier.Fig. 1.3.17. Diagrama esquemático del Efecto Peltier.

Fuente:http://www.sabelotodo.org/aparatos/diagramas.html,

Entre los efectos termoeléctricos se encuentran el efecto Seebeck, el efecto Peltier y el efecto Thomson. El principio de los refrigeradores de este tipo está basado en el efecto Peltier; en este tipo de refrigeradores, no se utiliza la unión de dos metales ya que la diferencia de temperatura producida es muy pequeña, en realidad lo que se utiliza es la unión de materiales semiconductores tipo n y tipo p, los cuales producen mayores diferencias de temperatura.


17

Fig. 1.3.18. Efecto de Peltier usado en la refrigeración termoeléctrica.Fig. 1.3.18. Efecto de Peltier usado en la refrigeración termoeléctrica.Fig. 1.3.18. Efecto de Peltier usado en la refrigeración termoeléctrica.Fig. 1.3.18. Efecto de Peltier usado en la refrigeración termoeléctrica.

Fuente:http://www.sabelotodo.org/aparatos/refrigeracion.html,

En el estudio de aplicaciones que pueden usar la refrigeración termoeléctrica, así como la elaboración de diferentes equipos de refrigeración que satisfagan las necesidades actuales en este campo hay que tener en cuenta que la refrigeración por métodos termoeléctricos podría sustituir en bastantes casos a los sistemas de refrigeración actuales, eliminando así el uso de los CFC, gases contaminantes que destruyen de la capa de ozono. Además de esta, la refrigeración termoeléctrica posee diversas ventajas, entre las que se pueden destacar:

• Producción de frío y calor indistintamente simplemente invirtiendo la polaridad de la tensión aplicada.

• Ser totalmente silenciosas, así como no producir vibraciones. • Fácil variación de la potencia refrigerante, actuando sobre la tensión de alimentación. • No necesitan mantenimiento. • No posee elementos móviles. • Asegura la estanqueidad del elemento a refrigerar. • Puede funcionar en cualquier posición. En función de las características de la refrigeración termoeléctrica expuestas, el campo de estudio y

aplicación de esta es muy amplio. Es posible el estudio de aplicaciones concretas tales como:

refrigeración de cuadros eléctricos, refrigeración de frigoríficos portátiles, sistemas de refrigeración

de aire acondicionado para habitáculos reducidos, etc.

Fig. 1.3Fig. 1.3Fig. 1.3Fig. 1.3.19. Sistemas de Montaje Termoeléctrico..19. Sistemas de Montaje Termoeléctrico..19. Sistemas de Montaje Termoeléctrico..19. Sistemas de Montaje Termoeléctrico.


18

Fuente: http://html.rincondelvago.com/sistemastermoelectrico_1.html,

1.3.13.1.3.13.1.3.13.1.3.13. SISTEMA TERMOQUÍMICO DE REFRIGERACIÓN.SISTEMA TERMOQUÍMICO DE REFRIGERACIÓN.SISTEMA TERMOQUÍMICO DE REFRIGERACIÓN.SISTEMA TERMOQUÍMICO DE REFRIGERACIÓN.

Este sistema opera bajo el principio de que la reacción reversible entre el sólido y el gas se encuentra sujeta a los principios del equilibrio existente entre ambas fases, esto es que la reversibilidad de la reacción depende de la temperatura de la sal y la presión de vapor del gas presente. Así los niveles de temperatura son diferentes. Después de finalizada la reacción y extraído todo el calor útil, al igual que en la máquinas de refrigeración por absorción, se suministra una cantidad de calor al reactor para separar el fluido de trabajo requerido. Obviamente en su modo más simple, este es un sistema que opera de forma intermitente, ya que el reactor opera a niveles de presión y temperatura diferentes para la fase de reacción y regeneración. Un par de sustancias que se utilizan en estos sistemas son cloruro de manganeso con amoniaco.

Fig. 1.3.20. Fig. 1.3.20. Fig. 1.3.20. Fig. 1.3.20. Refrigeración Termoquímica.Refrigeración Termoquímica.Refrigeración Termoquímica.Refrigeración Termoquímica.


1.3.14.1.3.14.1.3.14.1.3.14. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE MOTORES.SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE MOTORES.SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE MOTORES.SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE MOTORES.

Durante el funcionamiento normal del motor, se genera una gran cantidad de calor, el cual deberá ser

intercambiado con el medio ambiente para que no cause daños a los componentes móviles del motor.

Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben disponer de algún tipo de sistema de

refrigeración. Algunos motores estacionarios de automóviles y de aviones y los motores fueraborda se

refrigeran con aire. Los cilindros de los motores que utilizan este sistema cuentan en el exterior con

un conjunto de láminas de metal que emiten el calor producido dentro del cilindro. En otros motores se

utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros se encuentran dentro de una carcasa

llena de agua que en los automóviles se hace circular mediante una bomba.


19

El agua se refrigera al pasar por las láminas de un radiador. Es importante que el líquido que se usa

para enfriar el motor no sea agua común y corriente porque los motores de combustión trabajan

regularmente a temperaturas más altas que la temperatura de ebullición del agua, esto provoca una

alta presión en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en los empaques y sellos de agua así

como en el radiador; se usa un anticongelante pues no hierve a la misma temperatura que el agua, si

no a mucho más alta temperatura, tampoco se congelará a temperaturas muy bajas.

Fig. 1.3.21. Esquema de Refrigeración con Ciclo de Aire Simple.Fig. 1.3.21. Esquema de Refrigeración con Ciclo de Aire Simple.Fig. 1.3.21. Esquema de Refrigeración con Ciclo de Aire Simple.Fig. 1.3.21. Esquema de Refrigeración con Ciclo de Aire Simple.

Fuente: http://html.rincondelvago.com/ciclos _1.html,

Otra razón por la cual se debe de usar un anticongelante es que este no produce sarro ni sedimentos

que se adhieren en las paredes del motor y del radiador formando una capa aislante que disminuirá la

capacidad de enfriamiento del sistema. En los motores navales se utiliza agua del mar para la

refrigeración.

Fig. 1.3.22. Esquema de Refrigeración con Ciclo de Gas.Fig. 1.3.22. Esquema de Refrigeración con Ciclo de Gas.Fig. 1.3.22. Esquema de Refrigeración con Ciclo de Gas.Fig. 1.3.22. Esquema de Refrigeración con Ciclo de Gas.

Fuente: http://html.rincondelvago.com/ciclosdegas_1.html,

CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO

Los sistemas de enfriamiento seclasifican generalmente de acuerdo al tipo de elemento utilizado para

enfriar el motor En algunos casos es un líquido y en otros es aire. Ambos elementos presentan

características muy particulares.

En sistemas que manejan aire como elemento refrigerante, se requieren grandes cantidadesde

este elemento para enfriar al motor, por lo cual su uso está restringido a motores pequeños(como

en el caso de algunasmotocicletas)o en condiciones muyespecíficas. Generalmenteel airees

llevado al exteriordelcilindroelcualcuentacon una serie dealetasparamejorarla


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transferenciadecalor,enotras ocasiones elaireesutilizado además para enfriarunradiador

porelcualcirculaelaceitelubricanteyesésteelquerealmenteenfríaalmotor.

Estossistemassonmuyconfiablesya que no presentanfugasdelasustancia refrigeranteperonosontaneficientesomolosqueutilizanunasustancialíquidaademásdequeproporcionanunmejorcontrol dela temperatura enlos cilindros y la cámaradecombustión.

1.3.14.1.1.3.14.1.1.3.14.1.1.3.14.1. MOTOR REFRIGERADO POR AGUA.MOTOR REFRIGERADO POR AGUA.MOTOR REFRIGERADO POR AGUA.MOTOR REFRIGERADO POR AGUA.

El agua es el medio líquido para enfriar y deben tener cualidades tales como limpia y libre de sales,

con aditivo para bajar el punto de congelamiento y con aditivo anticorrosivo para evitar la oxidación

Fig. 1.3.23. Sistema de enfriamiento por líquido.Fig. 1.3.23. Sistema de enfriamiento por líquido.Fig. 1.3.23. Sistema de enfriamiento por líquido.Fig. 1.3.23. Sistema de enfriamiento por líquido.

Fuente:http://www.sabelotodo.org/aparatos/refrigeracion.html,

Este intercambio, se hace por medio del sistema de refrigeración a través de un fluido circulante, en

un sistema específicamente construido y dimensionado para permitir que el motor trabaje dentro de

una temperatura ideal, lo más constante posible.

Fig. 1.3.24. Fig. 1.3.24. Fig. 1.3.24. Fig. 1.3.24. Sistema de refrigeración con aguaSistema de refrigeración con aguaSistema de refrigeración con aguaSistema de refrigeración con agua

Fuente: http://html.rincondelvago.com/bomba-de-calor_1.html,


21

1.3.14.2.1.3.14.2.1.3.14.2.1.3.14.2. MOTOR REFRIGERADO POR AIRE.MOTOR REFRIGERADO POR AIRE.MOTOR REFRIGERADO POR AIRE.MOTOR REFRIGERADO POR AIRE.

En los pequeños motores de motocicletas, la corriente de aire de la marcha enfría el cilindro, cnie está fabricado de aleación ligera para mejorar la conductibilidad térmica; éste, va provisto de unas aletas (cuya longitud es proporcional a la temperatura alcanzada en las diferentes zonas del cilindro), que aumentan su superficie de refrigeración. Este sistema denominado refrigeración directa, es tanto más eficaz cuanto mayor sea la velocidad de desplazamiento.

Fig. 1.3.25. Fig. 1.3.25. Fig. 1.3.25. Fig. 1.3.25. RefRefRefRefrigeración directa por aire.rigeración directa por aire.rigeración directa por aire.rigeración directa por aire.


Esta práctica, aplicada a los demás automóviles, es conocida con el nombre de refrigeración forzada., ya que el motor va encerrado en la carrocería, y por tanto en menor contacto con el aire durante el desplazamiento del vehículo. Su uso se generalizó a los motores de cilindros horizontales opuestos Panhard, Citroen y Corvair, a raíz de los buenos resultados conseguidos por Volkswagen.

Para ello se hace circular, entre los cilindros y las aletas, una fuerte corriente de aire producida por un gran ventilador o turbina, movido por el propio motor. El aire es canalizado de tal forma que rodee y refresque a los cilindros).

1.3.15.1.3.15.1.3.15.1.3.15. REFRIGERACIÓN POR DISOLUCIÓN.REFRIGERACIÓN POR DISOLUCIÓN.REFRIGERACIÓN POR DISOLUCIÓN.REFRIGERACIÓN POR DISOLUCIÓN.

Este tipo de refrigeración solo se utiliza para situaciones especiales donde no se puede acudir a la

refrigeración convencional, por ejemplo, por carencia de electricidad.

Este método se basa en la capacidad que tienen algunas sales de enfriar notablemente la disolución,

cuando se disuelven en un líquido como por ejemplo el agua, o en otros casos cuando entran como un

segundo elemento al diagrama de fases moviendo a un valor más bajo la temperatura de fusión de un

sólido, tal como el hielo.

Un ejemplo de la primera aplicación que puede servir para enfriar bebidas sin electricidad, se logra

disolviendo suficiente cantidad de nitrato de amonio, en el agua donde se han sumergido las bebidas.

El segundo caso fue muy utilizado y aun se utiliza cuando se elaboran helados caseros por métodos

tradicionales, y consiste en la adición de sal común en granos (sal gruesa o sal gema), al agua de las

conocidas sorbeteras.


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Esta adición de sal, baja notablemente la temperatura de la mezcla de agua e hielo que rodea a la

cuba de mezclado, la que de cualquier otra forma no podría ser nunca menor que cero grados celsius

(punto de fusión de hielo a presión normal).

1.3.16.1.3.16.1.3.16.1.3.16. REFRIGERACIÓN POR GAS.REFRIGERACIÓN POR GAS.REFRIGERACIÓN POR GAS.REFRIGERACIÓN POR GAS.

En los sistemas de refrigeración con gas, el fluido de trabajo permanece siempre como gas. Se utilizan

para conseguir temperaturas muy bajas que permiten la licuación de aire y otros gases y para otras

aplicaciones específicas tales como la refrigeración en cabinas de aviones.

Fig. 1.3.26. Refrigeración de gas simple y Fig. 1.3.26. Refrigeración de gas simple y Fig. 1.3.26. Refrigeración de gas simple y Fig. 1.3.26. Refrigeración de gas simple y Refrigeración de gas con regeneración.Refrigeración de gas con regeneración.Refrigeración de gas con regeneración.Refrigeración de gas con regeneración.


1.3.17.1.3.17.1.3.17.1.3.17. CARGA DE REFRIGERACIÓN.CARGA DE REFRIGERACIÓN.CARGA DE REFRIGERACIÓN.CARGA DE REFRIGERACIÓN.

La carga de refrigeración es la cantidad de remoción de calor del espacio refrigerado, que se requiere

para mantener el espacio o el producto a las condiciones deseadas.

La carga es el resultado de las ganancias de calor a partir de varias posibles fuentes las cuales es

posible clasificar convenientemente según las siguientes categorías:

a)a)a)a) Calor procedente del proCalor procedente del proCalor procedente del proCalor procedente del producto que se va a refrigerar.ducto que se va a refrigerar.ducto que se va a refrigerar.ducto que se va a refrigerar.

b)b)b)b) Calor procedente de la infiltración de aire caliente a través de las puertas de refrigerador.Calor procedente de la infiltración de aire caliente a través de las puertas de refrigerador.Calor procedente de la infiltración de aire caliente a través de las puertas de refrigerador.Calor procedente de la infiltración de aire caliente a través de las puertas de refrigerador.

c)c)c)c) Calor de elementos internos: Ganancias térmicas de fuentes internas, que no sean los productos. Calor de elementos internos: Ganancias térmicas de fuentes internas, que no sean los productos. Calor de elementos internos: Ganancias térmicas de fuentes internas, que no sean los productos. Calor de elementos internos: Ganancias térmicas de fuentes internas, que no sean los productos.

Estas incluyen por lo general, las lEstas incluyen por lo general, las lEstas incluyen por lo general, las lEstas incluyen por lo general, las lámparas y los motores.ámparas y los motores.ámparas y los motores.ámparas y los motores.

d)d)d)d) Calor por Transferencia de Calor: A través de paredes, pisos, cielo raso o techo.Calor por Transferencia de Calor: A través de paredes, pisos, cielo raso o techo.Calor por Transferencia de Calor: A través de paredes, pisos, cielo raso o techo.Calor por Transferencia de Calor: A través de paredes, pisos, cielo raso o techo.

e)e)e)e) Calor aportado por el cuerpo humano.Calor aportado por el cuerpo humano.Calor aportado por el cuerpo humano.Calor aportado por el cuerpo humano.

1.3.17.1.1.3.17.1.1.3.17.1.1.3.17.1. CARGA DE ENFRIAMIENTO DEL PRODUCTO.CARGA DE ENFRIAMIENTO DEL PRODUCTO.CARGA DE ENFRIAMIENTO DEL PRODUCTO.CARGA DE ENFRIAMIENTO DEL PRODUCTO.

Los productos que se refrigeran se vuelven parte de la carga de refrigeración debido a dos efectos. Primero, es preciso remover calor del producto para llevarlo a las condiciones de almacenamiento. Esto


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se llama Carga De Enfriamiento. Segundo, algunos productos continúan emitiendo calor en condiciones de almacenamiento.

El cálculo de calor removido de los productos para llevarlos a las condiciones de almacenamiento, depende de las condiciones iniciales y finales. Si el producto se enfría a una temperatura por encima del punto de congelación, la carga equivale al calor sensible por encima de la congelación:

( )[ ]kWTTcmQ f 011 ** −=& (1.4)

Dónde:

=1Q& Cantidad de calor removido del producto.

=m Cantidad de producto enfriado.

=1c Calor Específico del producto, por encima del punto de congelación.

=− 0TT f Cambio en la Temperatura del producto por encima de la congelación, de la temperatura

inicial a la temperatura final. Si se va a congelar el producto entonces la carga se compone también del calor latente de fusión y el calor sensible de enfriamiento al enfriar el producto por debajo de la temperatura de congelación. La remoción del calor latente para congelación se determina a partir de la siguiente ecuación.

[ ]kWhmQ f*2 =& (1.5)

Dónde:

=2Q& Cantidad de calor removido del producto.

=m Cantidad de producto enfriado. =fh Calor Latente de fusión del producto.

Para determinar el calor sensible por debajo del punto de congelamiento se utiliza la ecuación semejante a la (3.3.1) excepto que el calor específico es el del producto de congelamiento.

( )[ ]kWTTcmQ f 023 ** −=& (1.6)

Dónde: =3Q& Cantidad de calor removido del producto.

=m Cantidad de producto enfriado.

=2c Calor Específico del producto, por debajo del punto de congelación.

=− 0TT f Cambio en la Temperatura del producto por encima de la congelación, de la temperatura

inicial a la temperatura final. 1.3.17.2.1.3.17.2.1.3.17.2.1.3.17.2. CARGA POR INFILTRACIÓN DE AIRE.CARGA POR INFILTRACIÓN DE AIRE.CARGA POR INFILTRACIÓN DE AIRE.CARGA POR INFILTRACIÓN DE AIRE.

Cada Vez que se abren las puertas del refrigerador, tiene lugar la infiltración de aire desde el exterior. La entalpía de esta cantidad de aire desde el exterior, es mayor que la del espacio refrigerado. La diferencia entre estas entalpías provoca que el aire externo se infiltre y provoque una cantidad de calor que es necesario remover por un proceso de refrigeración. Esta carga incluye el calor sensible del aire infiltrado y el calor latente de condensación del vapor de agua presente en el aire.

Siempre es necesario proceder en mayor o menor medida a una aireación de la cámara fría. En ocasiones esta ventilación se produce por la frecuencia de apertura de las puertas para la entrada y salida de género, pero si esto no fuera suficiente debería procederse a la utilización de sistemas de ventilación forzada complementarios. El número de renovaciones puede establecerse por hora o por día. En este último caso la expresión a utilizar sería:

nhVQr ∗∆∗= )( (1.7)


24

Donde:

3

3

/........

..........

).(......

)/.(..........

mKJenairedelCalorh

diaporairedeesrenovaciondeNumeron

mcamaraladeVolumenV

diaKJaireelporaportadacalorificaPotenciaQr

=∆==

=

En la tabla 3 pueden observarse los valores normalmente empleados para la evaluación de (n/d) para

cámaras negativas y cámaras por encima de 0 "C en función del volumen de las mismas.

Tabla 1.3.1. Renovación del aire diario por las aberturas de puertas para las condiciones normales de Tabla 1.3.1. Renovación del aire diario por las aberturas de puertas para las condiciones normales de Tabla 1.3.1. Renovación del aire diario por las aberturas de puertas para las condiciones normales de Tabla 1.3.1. Renovación del aire diario por las aberturas de puertas para las condiciones normales de explotación cámaras negativas y cámaras por encima de 0 C.explotación cámaras negativas y cámaras por encima de 0 C.explotación cámaras negativas y cámaras por encima de 0 C.explotación cámaras negativas y cámaras por encima de 0 C.

Fuente: http://html.rincondelvago.com/tablas_1.html,

En la tabla 4 se pueden observar los valores del calor del aire en (kJ/m3) que penetra en la cámara para distintas condiciones de temperatura y humedad relativa. Este dato también puede obtenerse de la utilización en términos diferenciales del diagrama psicrométrico. Los valores obtenidos representan el calor necesario para abajar la temperatura de 1m3 de aire de las condiciones de entrada hasta las condiciones de temperatura final de la cámara.

Tabla 1.3.2. Calor del aire en KJ/mTabla 1.3.2. Calor del aire en KJ/mTabla 1.3.2. Calor del aire en KJ/mTabla 1.3.2. Calor del aire en KJ/m3333 para el aire exterior que penetra en la cámara fría.para el aire exterior que penetra en la cámara fría.para el aire exterior que penetra en la cámara fría.para el aire exterior que penetra en la cámara fría.

Fuente: http://html.rincondelvago.com/tablas _1.html,

Esta potencia calorífica debida al aire exterior la hemos obtenido en Kj/d Es decir kilojulios partidos por día, por comodidad. Cuando sumemos esta potencia a la demás habrá que convertir esta unidad a la que empleamos de forma general. 1.3.17.3.1.3.17.3.1.3.17.3.1.3.17.3. CARGAS POR FUENTES INTERNAS.CARGAS POR FUENTES INTERNAS.CARGAS POR FUENTES INTERNAS.CARGAS POR FUENTES INTERNAS.

Esta carga toma en cuenta los elementos internos que utilizan energía eléctrica y la disipan en forma

de calor, se debe considerar que la mayoría de las fuentes internas solamente entran en


25

funcionamiento durante el tiempo que se mantiene abierta la conservadora, u otros como el compresor

que tienen servicio intermitente..

En nuestra práctica observamos que dentro el sistema existe una Lámpara generadora de luz cuyo

análisis se encuentra en la parte de procesamiento de datos.

Las lámparas existentes en el interior de la cámara liberan un calor equivalente a

24

tPQL

∗= (1.8)

Donde:

WacionilulaporocacionadaPotenciaQ

diahenentofuncionamidetiempooDuraciont

WenlamparaslastodasdetotalPotenciaP

L ...min........

)/(..........

...................

===

Si las lámparas son del tipo fluorescentes se multiplica la [potencia total de todas las lámparas por el factor 1.25 para considerar el consumo complementario de las reactancias.

Si no se conoce la potencia de las lámparas puede estimarse un valor comprendido entre 5 y 15 W/m2 de planta de cámaras.

También se puede considerar el aporte del compresor el tener como dato su potencia de la placa de características.

1.3.17.4.1.3.17.4.1.3.17.4.1.3.17.4. CARGA TÉRMICA POR TRANSFERENCIA DE CALOR.CARGA TÉRMICA POR TRANSFERENCIA DE CALOR.CARGA TÉRMICA POR TRANSFERENCIA DE CALOR.CARGA TÉRMICA POR TRANSFERENCIA DE CALOR.

Esta carga corresponde mayormente al flujo de calor del medio ambiente hasta el recinto de

refrigeración por las caras laterales, superior e inferior según la ecuación general de transferencia de

calor, este análisis se realiza de la siguiente manera.

1.3.17.4.1.1.3.17.4.1.1.3.17.4.1.1.3.17.4.1. FLUJO DE CALOR EN PAREDES LATERALES.FLUJO DE CALOR EN PAREDES LATERALES.FLUJO DE CALOR EN PAREDES LATERALES.FLUJO DE CALOR EN PAREDES LATERALES.

Analizando un flujo de calor igual a: ( )[ ]WTTAUQ PIambPLPLPL −=& (1.9)

Dónde:

PLQ& = Flujo de Calor por paredes laterales.

[ ]KmWU PL2/ = Coeficiente global de Transferencia de calor en las paredes laterales.

PLA = Área de paredes laterales.

ambT = Temperatura Ambiente.

PIT = Temperatura de aire interno de pared.

Donde el procedimiento para determinar el coeficiente global de transferencia de calor es el siguiente:

++=

Km

W

hkh

U

eAIS

x

i

PL 2

11

111

δ (1.10)


26

Donde:

xδ = Espesor de Aislante – Espuma de Poliuretano.

AISk = Conductividad de Aislante – Espuma de Poliuretano.

Para determinar los coeficientes de convección se analiza la convección natural, de la siguiente manera:

( )1

1 *Pr**

i

iPL

nPLPLPL k

hhKGrCNu ==

(1.11) Donde:

PLGr = Número de Grashoff a las condiciones internas.

PLPr = Número de Prandtl a la temperatura interna.

1ik = Conductividad del Aire a la temperatura interna.

1ih = Convectiva Interna de la pared lateral interna.

h = Altura de la conservadora.

Además las constantes C y n se determinaran de tablas según la forma de la superficie donde se realiza convección y la constante K será:

25,02

Pr

111

−

++=

PL

PLK (1.12)

Todas las propiedades se evalúan a la temperatura interna de pared lateral interna. El procedimiento

para determinar la Convectiva externa se realiza utilizando las mismas relaciones, simplemente

analizando las propiedades a temperatura ambiente.

Finalmente después de determinar los coeficientes de convección interno y externo se utilizará la

relación (1.8) para determinar el flujo de calor en las paredes laterales.

1.3.17.4.2.1.3.17.4.2.1.3.17.4.2.1.3.17.4.2. FLUJO DE CALOR EN PARED SUPERIOR.FLUJO DE CALOR EN PARED SUPERIOR.FLUJO DE CALOR EN PARED SUPERIOR.FLUJO DE CALOR EN PARED SUPERIOR.

Analizando un flujo de calor igual a:

( )[ ]WTTAUQ PSambPSPSPS −=& (1.13)

Donde:

PSQ& = Flujo de Calor por pared superior.

PSA = Área de pared superior.


PST = Temperatura de aire interno de pared superior. [ ]KmWU PS

2/ = Coeficiente global de Transferencia de calor en la pared superior. Donde el procedimiento para determinar el coeficiente global de transferencia de calor es el siguiente:

++=

Km

W

hkh

U

eAIS

x

i

PS 2

22

111

δ (1.14)


27


( )2

2 *Pr**

i

iPS

nPSPSPS k

ahKGrCNu ==

(1.15) Dónde:

PSGr = Número de Grashoff a las condiciones internas.

PSPr = Número de Prandtl a la temperatura interna.


2ih = Convectiva Interna de la pared superior interna.

a = Ancho de la conservadora. Las constantes C, K

I y n se determinaran de tablas según la forma de la superficie donde se realiza

convección. Todas las propiedades se evalúan a la temperatura interna de pared superior interna.

El procedimiento para determinar la Convectiva externa se realiza utilizando las mismas relaciones, simplemente analizando las propiedades a temperatura ambiente.

Finalmente después de determinar los coeficientes de convección interno y externo se utilizará la relación (1.12) para determinar el flujo de calor en la pared superior externa.

1.3.17.4.3.1.3.17.4.3.1.3.17.4.3.1.3.17.4.3. FLUFLUFLUFLUJO DE CALOR EN PARED INFJO DE CALOR EN PARED INFJO DE CALOR EN PARED INFJO DE CALOR EN PARED INFERIOR.ERIOR.ERIOR.ERIOR.

Analizando un flujo de calor igual a:

( )[ ]WTTAUQ IambIII −=& (1.16)

Donde:

IQ& = Flujo de Calor por pared inferior.

IA = Área de pared inferior.


[ ]KmWU I2/ = Coeficiente global de Transferencia de calor en la pared inferior.

IT = Temperatura de aire interno de pared inferior.

Donde el procedimiento para determinar el coeficiente global de transferencia de calor es el siguiente:

++=

Km

W

hkh

U

eAIS

x

i

I 2

33

111

δ (1.17)


( )3

3 *Pr**

i

iI

nIII k

ahKGrCNu ==

(1.18) Dónde:


28

IGr = Número de Grashoff a las condiciones internas.

IPr = Número de Prandtl a la temperatura interna.


3ih = Convectiva Interna de la pared inferior interna.

b = Largo de la conservadora. Las constantes C, K y n se determinaran de tablas según la forma de la superficie donde se realiza convección. Todas las propiedades se evalúan a la temperatura interna de pared inferior interna. El procedimiento para determinar la Convectiva externa se realiza utilizando las mismas relaciones, simplemente analizando las propiedades a temperatura ambiente.

Finalmente después de determinar los coeficientes de convección interno y externo se utilizará la relación (1.15) para determinar el flujo de calor en la pared inferior externa.

Siendo finalmente el calor por Transferencia de Calor total igual a:

[ ]WQQQQ IPSPL ++= *44 (1.19)

1.3.17.5.1.3.17.5.1.3.17.5.1.3.17.5. CARGA POR APORTE DEL CUERPO HUMANO.CARGA POR APORTE DEL CUERPO HUMANO.CARGA POR APORTE DEL CUERPO HUMANO.CARGA POR APORTE DEL CUERPO HUMANO.

El calor metabólico generado en el cuerpo humano se disipa hacia el medio a través de la piel y los pulmones, por convección y radiación, como calor sensible y por evaporación como calor latente. El calor latente representa el calor de vaporización del agua a medida que se evapora en los pulmones y sobre la piel, absorbiendo calor del cuerpo, y se libera también calor latente cuando la humedad se condensa sobre las superficies frías. El calentamiento del aire inhalado representa transferencia de calor sensible en los pulmones y es

proporcional al aumento de su temperatura. La velocidad total de la pérdida de calor se puede

expresar como:

Fig. 1.3.27. Mecanismos de pérdida de calor desde el cuerpo humano y magnitudes relativas para una persona en Fig. 1.3.27. Mecanismos de pérdida de calor desde el cuerpo humano y magnitudes relativas para una persona en Fig. 1.3.27. Mecanismos de pérdida de calor desde el cuerpo humano y magnitudes relativas para una persona en Fig. 1.3.27. Mecanismos de pérdida de calor desde el cuerpo humano y magnitudes relativas para una persona en

reposo.reposo.reposo.reposo.

Fuente: http://html.rincondelvago.com/perdidasdecalordelcuerpo_1.html,


29

Por lo tanto, la determinación de la transferencia de calor desde el cuerpo solo por análisis es difícil. La ropa complica todavía más la transferencia de calor desde el cuerpo y por tanto debemos apoyarnos en datos experimentales. En condiciones estacionarias la velocidad total de la transferencia de calor desde el cuerpo es igual a la velocidad de la generación de calor metabólico en el propio cuerpo, la cual varía desde cerca de 100W, para el trabajo ligero de oficina, hasta muy aproximadamente 1000W durante el trabajo físico pesado. También las personas que entran en una cámara liberan calor a razón de:

24

tnqQp

∗∗= (1.20)

)/(......

,..........

5..............

diahorasenapermanencideTiempot

camaralaenpersonasdenumeron

tablalasegunWenpersonaporCalorq

===

El tiempo de permanencia variara según el trabajo que deban efectuar las personas en el interior de la cámara. Generalmente se evalúa entre 0.5 h/d y 5h/d pero conviene una información precisa

sobre este extremo, que obtendrá de la consideración de su utilización en cada caso Tabla 1.3.3. Tabla 1.3.3. Tabla 1.3.3. Tabla 1.3.3. Potencia calorífica aportada por las personas.Potencia calorífica aportada por las personas.Potencia calorífica aportada por las personas.Potencia calorífica aportada por las personas.

Fuente: http://html.rincondelvago.com/tablas _1.html

2.2.2.2. METODOLOGÍA.METODOLOGÍA.METODOLOGÍA.METODOLOGÍA.

El trabajo fue desarrollado por el grupo de estudiantes de la materia en el Laboratorio de Máquinas

Térmicas, los días viernes27 y sábado 28 de Febrero del presente año, con control de 8:00 A.M. hasta

18:00 P.M.

Se dividió el control en 8 grupos, que realizo el control del monitoreo el viernes de 12:00 hasta 14:00,

y el sábado de 14:00 hasta 16:00.

2.1.2.1.2.1.2.1. EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS UTILIZADOS.EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS UTILIZADOS.EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS UTILIZADOS.EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS UTILIZADOS.

En el presente laboratório se utilizaron los siguientes instrumentos:

� Refrigerador del laboratorio de Térmicas � Termómetro de Superficie (termohigrómetro) � Termómetro de Inmersión � Termómetro de Inmersión con 4 Termocuplas � Cronómetro � Pinza amperimétrica � Cinta métrica � cuatro botellas de plástico con 2 litros de agua cada una. y cuatro botellas de plástica de

0.5 litros cada una.


30

A continuación presentamos las fichas técnicas de los instrumentos y el equipo que se utilizó:

MATERIALMATERIALMATERIALMATERIAL DESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓNDESCRIPCIÓN

Nombre:Nombre:Nombre:Nombre: Refrigerador

Tipo:Tipo:Tipo:Tipo: Digital MR – 130C

Marca:Marca:Marca:Marca: VENAX

Industria:Industria:Industria:Industria: Japonesa

Color:Color:Color:Color: Blanco

Voltaje:Voltaje:Voltaje:Voltaje: 220 [V]

Frecuencia:Frecuencia:Frecuencia:Frecuencia: 50 Hz

Consumo eléctrico:Consumo eléctrico:Consumo eléctrico:Consumo eléctrico: 0,45 kW/24Horas

Potencia de entrada:Potencia de entrada:Potencia de entrada:Potencia de entrada: 90 [W]

Peso:Peso:Peso:Peso: 31 Kg

Volumen total efectivo:Volumen total efectivo:Volumen total efectivo:Volumen total efectivo: 130L

Refrigerante:Refrigerante:Refrigerante:Refrigerante: R134a/46g

Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica 2.2.2.2.1111....Refrigerador Doméstico de Baja Potencia....


Nombre:Nombre:Nombre:Nombre: Cronómetro

Tipo:Tipo:Tipo:Tipo: Digital

Marca:Marca:Marca:Marca: Q & Q

Industria:Industria:Industria:Industria: Japan

Color:Color:Color:Color: Negro

Unidad de Medición:Unidad de Medición:Unidad de Medición:Unidad de Medición: [Min],[seg] ,[cseg]

Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad: 0.01[seg]

Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre: ± 0.01[seg]

Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica 2.2.2.2.2222....Cronómetro.


Nombre:Nombre:Nombre:Nombre: Termohigrómetro

Tipo:Tipo:Tipo:Tipo: termómetro

Marca:Marca:Marca:Marca: Testo 608-H1

Industria:Industria:Industria:Industria: A.W.SPERRY

Color:Color:Color:Color: Plomo

Unidad de medición:Unidad de medición:Unidad de medición:Unidad de medición: ºC; HR%

Alcance:Alcance:Alcance:Alcance: -20ºC a 50ºC

Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad: 0.1 ºC

Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre: ± 0.1 ºC

Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica 2.2.2.2.3333....Termo higrómetro.


31


Nombre:Nombre:Nombre:Nombre: Termómetro de inmersión


Marca:Marca:Marca:Marca: Testo


Industria:Industria:Industria:Industria: Alemania

Unidad de Medición:Unidad de Medición:Unidad de Medición:Unidad de Medición: [ºC] ; [ºF]

Alcance:Alcance:Alcance:Alcance: -50 a 300 [º C]

-58 a 572 [º F]

Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad: 0.1 [ºC]

Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre: ±0.1 [ºC]

Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica 2.2.2.2.4444....Termómetro digital de inmersión.


Nombre:Nombre:Nombre:Nombre: THERMOMETER


Marca:Marca:Marca:Marca: YFE (YF-160 Type - K)

Accesorios:Accesorios:Accesorios:Accesorios: Termocuplas

Industria:Industria:Industria:Industria: --------------

Color:Color:Color:Color: Plomo

Unidad de Medición:Unidad de Medición:Unidad de Medición:Unidad de Medición: [°C], [°F.],

Alcance:Alcance:Alcance:Alcance: -50° C a 1300° C,

-58º F a 1999° F

Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad: 0.1° C 0.1° F

Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre: ±0.1° C ±0.1° F

Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica 2.2.2.2.5555Termómetro digital.


Nombre:Nombre:Nombre:Nombre: Termocupla


Marca:Marca:Marca:Marca: --------------

Cantidad:Cantidad:Cantidad:Cantidad: 5

Color:Color:Color:Color: Negro y blanco

Material:Material:Material:Material: Cobre

Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica 2.2.2.2.6666Termocuplas.


32


Nombre:Nombre:Nombre:Nombre: Pinza amperimetrica


Marca:Marca:Marca:Marca: 266 Clamp Meter

Industria:Industria:Industria:Industria: Japan


Unidad de Medición:Unidad de Medición:Unidad de Medición:Unidad de Medición: [V] , [A]

Alcance:Alcance:Alcance:Alcance: 0-750 [V], 0- 1000 [A]

Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad: 0,1 [V], 0,1 [A]

Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre: ±0,1 [V], ± 0,1 [A]

Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica 2.2.2.2.7 Manómetro.7 Manómetro.7 Manómetro.7 Manómetro.


Nombre:Nombre:Nombre:Nombre: Acondicionador


Marca:Marca:Marca:Marca: SOMELA

Industria:Industria:Industria:Industria: --------------

Color:Color:Color:Color: Blanco

CódigoCódigoCódigoCódigo Interno:Interno:Interno:Interno: UTO – 04 - 24519

Unidad de Medición:Unidad de Medición:Unidad de Medición:Unidad de Medición: ------------------

Alcance:Alcance:Alcance:Alcance: -------------------

Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad: -------------------

Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre: -------------------

Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica 2.2.2.2.8888....Acondicionador....


Nombre:Nombre:Nombre:Nombre: Cinta métrica

Tipo:Tipo:Tipo:Tipo: Analógico

Marca:Marca:Marca:Marca: --------

Industria:Industria:Industria:Industria: ------------

Color:Color:Color:Color: Naranja

Unidad de medición:Unidad de medición:Unidad de medición:Unidad de medición: mm, cm, m

Alcance:Alcance:Alcance:Alcance: 3000 mm

Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad:Sensibilidad: 1mm

Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre:Incertidumbre: ± 0.5 [mm]

Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica Ficha Técnica 2.2.2.2.9999....Cinta métrica.


33

2.2.2.2.2.2.2.2. MONTAJEMONTAJEMONTAJEMONTAJE DEL EXPERIMENTODEL EXPERIMENTODEL EXPERIMENTODEL EXPERIMENTO....

Tenemos el siguiente montaje:

Fig. 2.1Fig. 2.1Fig. 2.1Fig. 2.10000 Montaje del Experimento.Montaje del Experimento.Montaje del Experimento.Montaje del Experimento.

Fig. 2.Fig. 2.Fig. 2.Fig. 2.11111111. Montaje. Montaje. Montaje. Montaje del Experimentodel Experimentodel Experimentodel Experimento. Vista anterior y vista frontal.. Vista anterior y vista frontal.. Vista anterior y vista frontal.. Vista anterior y vista frontal.


34

Fig.2.12.Fig.2.12.Fig.2.12.Fig.2.12. Ubicación de las botellas en el refrigerador para la medición de su temperatura. Ubicación de las botellas en el refrigerador para la medición de su temperatura. Ubicación de las botellas en el refrigerador para la medición de su temperatura. Ubicación de las botellas en el refrigerador para la medición de su temperatura.

2.3.2.3.2.3.2.3. DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO.DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO.DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO.DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO.

Donde tenemos:

- En primer lugar se verifico la temperatura del agua del tacho azul y de la red para saber cuál es el de menor temperatura. Después el agua se colocó en 4 botellas grandes de 2 litros y 4 botellas pequeñas de 600 ml, se hizo la medición de la temperatura en cada botella antes de introducir en el refrigerador.

- Se colocaron 2 botellas grandes en la parrilla superior del refrigerador, 2 botellas grandes en la parte inferior del refrigerador, y las 4 botellas pequeñas se colocaron en la pared interna de la puerta del refrigerador en su parte inferior de la misma. En ese momento se encendió el cronómetro.

- Se instalaron 5termocuplas, una en el evaporador, la segunda en la parte superior del refrigerador, la tercera en la parte inferior del refrigerador, la cuarta y la ultima en la parte inferior de la pared interna de la puerta del refrigerador.

- Durante todo el día, se hizo el monitoreo del refrigerador, anotando los tiempos de encendido y apagado del compresor, así como las temperaturas registradas por las termocuplas en dichos instantes. Asimismo, cada hora se realizó la lectura de las temperaturas de las botellas grandes sustraendo solo una botella de arriba, una de abajo y de igual forma de las botellas pequeñas ubicadas en la pared interna de la puerta del refrigerador. También se midió la temperatura ambiente.

- Para en día siguiente, se hicieron los mismos procedimientos de medición mencionadas anteriormente, solo que se añadió un acondicionador cerca del compresor del refrigerador.

- Para el monitoreo se hizo 6 grupos de trabajo entre los cuales nosotros en particular fuimos el grupo 3, cada grupo tenía como 2 horas de monitoreo del refrigerador durante 2 días. El último grupo del día sábado se encargó en el orden de los materiales e instrumentos utilizados durante la experimentación.

2.4.2.4.2.4.2.4. REGISTRO DE DATOS.REGISTRO DE DATOS.REGISTRO DE DATOS.REGISTRO DE DATOS.

Fecha: Fecha: Fecha: Fecha: 27/02/15 - 28/02/15 Hora: Hora: Hora: Hora: 09:00 a.m. – 20:00 p.m.

Temperatura inicial del agua: Temperatura inicial del agua: Temperatura inicial del agua: Temperatura inicial del agua: 14.1 [ºC] ± 0.1 [ºC]


35

Datos registrados:Datos registrados:Datos registrados:Datos registrados:

V = 229 [Voltios]

I = 0.45 [Amperios]

NOTA:NOTA:NOTA:NOTA: La variación de la intensidad de la corriente es debido a que en el segundo régimen se añadió un acondicionador a la toma de corriente junto al compresor del refrigerador, debiendo este elevar la intensidad de la corriente. Tomando como referencia la potencia del compresor de 90 [W], se tomó un valor promedio de la corriente como se muestra. De la placa de características del refrigerador:De la placa de características del refrigerador:De la placa de características del refrigerador:De la placa de características del refrigerador:

Potencia = 90 [W]

Peso = 31 [Kg]

Vol = 130 [L]

Refrigerante R134a, mrefrigerante

= 46 [gr]

Dimensiones Dimensiones Dimensiones Dimensiones del refrigerador:del refrigerador:del refrigerador:del refrigerador:

Espesor = 4 [cm]

Paredes laterales = 49 x 83 [cm] = 83 x 54 [cm] Paredes superior e inferior = 49 x 54 [cm]

Fig. 2.4. Dimensiones del refrigerador.Fig. 2.4. Dimensiones del refrigerador.Fig. 2.4. Dimensiones del refrigerador.Fig. 2.4. Dimensiones del refrigerador.

Fuente: Autores

Fig. 2.5. Localización de las Fig. 2.5. Localización de las Fig. 2.5. Localización de las Fig. 2.5. Localización de las 4444 termocuplas.termocuplas.termocuplas.termocuplas.


36

Fuente: autores

TevTevTevTev====temperatura medida en la cámara del congelador. L1L1L1L1====temperatura medida en la parte superior del interior del refrigerador. L2L2L2L2====temperatura medida en la parte inferior del interior del refrigerador. L3L3L3L3====temperatura medida en la parte inferior localizada en el interior de la puerta del refrigerador.

Fig. 2.6. Localización de las botellas para su medición de sus temperaturas.Fig. 2.6. Localización de las botellas para su medición de sus temperaturas.Fig. 2.6. Localización de las botellas para su medición de sus temperaturas.Fig. 2.6. Localización de las botellas para su medición de sus temperaturas.

Fuente: Autores

T1T1T1T1====temperatura del agua de las botellas de 2 litros, localizadas en la parte superior del refrigerador. T2T2T2T2 ====temperatura del agua de las botellas de 2 litros, localizadas en la parte inferior del refrigerador. T3T3T3T3 ====temperatura del agua de las botellas de 600 ml, localizadas en la parte inferior detrás de la puerta del refrigerador.

NOTA: NOTA: NOTA: NOTA: Las temperaturas registradas en las siguientes tablas son aquellas mostradas en las

figuras.2.5 y 2.6.

L1

Tev

L2 L3

T1

T2 T3


37

Evap. Arriba Abajo Puerta

Temp.

Sensor

[℃]

Temp.

Botella

[℃]

Temp.

Sensor

[℃]

Temp.

Sensor

[℃]

Temp.

Botell

a [℃]

Temp.

Sensor

[℃]

Temp.

Sensor

[℃]

Temp.

Botell

a [℃]

Temp.

Senso

r [℃]

1 2 3 4 Abrir Cerrar

1 00:00:00 14,4 15,8 15,8 15,8 0,28 10,9 9,3 10,5 1

2 00:01:47 14,6 X X 0,32 11,1 9,7 10,9 1

3 04:14:00 15 0,38 11,1 10,1 10,4 1

4 00:20:23 15,7 X 0,4 10,3 10,5 10,3 1

5 00:25:04 15,8 X 0,45 10,5 10,3 11,1 1

6 00:40:21 16,2 X 0,41 10,9 10,9 11,5 1

7 00:45:00 16,4 X 0,46 11,5 11,4 11,9 1

8 01:00:00 16,7 6,4 13,1 7,9 7,9 13,2 8,5 8 13,8 9,1 1 -4,2 -4,1

9 01:01:00 16,9 X -1,9 11,9 11,9 11,2 1

10 01:02:05 16,9 X -2,3 12,3 13,1 11,4 1

11 01:18:00 17,4 X -4,1 12,1 13,2 12,3 1

12 01:23:00 17,6 X 1,8 12,4 13,3 12,5 2

13 01:37:52 17,6 X 1,6 12,2 13 12,2 2

14 01:42:39 17,5 X -3,6 11,4 12,3 11,5 2

15 01:56:48 19,4 X 0,6 11,2 11,7 11,1 2

16 02:00:00 19 11,2 12,7 10,9 11,5 12,8 11,4 10,7 13 11,8 2 0,3 -2,8

17 02:14:33 18,2 X 0 10 10,8 11,3 2

18 02:19:20 18,4 X -4,7 9,2 9,5 10,5 2

19 02:33:42 19 X -1,5 10 10,3 11,1 2

20 02:38:16 19,2 X -4,1 9,7 9,5 10,4 2

21 02:52:26 19,3 X 0,9 9,8 10,1 10,8 2

22 02:57:53 19,4 X -4,3 9,1 9,2 10,1 2

23 03:00:00 19,5 9,1 11,9 9,9 9,2 12,1 10,7 10,5 11,5 12 2 -4,1 -1,6

24 03:09:00 19,8 X 0,7 9,7 10,2 11,9 3

25 03:14:47 19,4 X -4,8 8,7 9,2 11,3 3

26 03:29:53 19,5 X -0,7 9,1 9,8 11,4 3

27 03:33:46 19,6 X -4,2 8,7 9,1 11,5 3

28 03:43:39 21 X 0,5 9,1 9,7 11,4 3

29 03:52:52 21,1 X -4,6 8,4 8,9 11,1 3

30 04:00:00 21 8,8 11,2 9,9 9,5 11,5 10,1 11,3 11,1 11,1 3 -1,8 0,3

31 04:05:20 21 X 1 10,4 10 10,8 3

32 04:10:20 21,4 X -4,1 10 10,1 10,9 3

33 04:23:56 22,4 X 0,8 10,3 10 11,2 3

34 04:28:51 23 X -4,7 9,8 9,5 10,9 3

35 04:42:35 22,6 X 0,7 9,6 9,9 11 3

36 04:47:38 22,4 X -4,5 9,6 9,2 10,6 3

37 05:00:00 22,2 9,8 10,6 10 9,7 11,3 9,9 11 10,7 9,3 3 0,2 0,5

38 05:01:15 22,3 X 1,4 9,7 9,9 10,9 4

39 05:06:42 22,2 X -3,5 9,7 8,6 9,1 4

40 05:19:56 22 X 1,1 9,8 9,5 9,6 4

41 05:28:30 21,8 X -3,8 9,7 8,9 9,4 4

42 05:38:31 21,3 X 1,2 10 9,9 10,5 4

43 05:43:44 21,4 X -3,8 9,9 8,9 9,1 4

44 05:57:05 21,7 X 0,8 9,5 9,3 9,9 4

45 06:00:00 21,8 9,5 10,2 9,5 9,3 10,7 8,9 9,5 10,6 11,1 4 -0,4 -2,8

46 06:03:18 22 X -3,3 9 7,2 10,7 4

47 06:15:47 22,5 X 1,3 9,5 9,1 11,5 4

48 06:20:41 22,5 X -4,2 8,8 7,2 11,2 4

49 06:34:24 22,6 X 1 9,1 8,5 11,3 4

50 06:39:23 22,4 X -4,1 8,3 7,3 11 4

51 06:53:10 21,7 X 0,9 8,8 7,9 11,1 4

52 06:58:39 21,4 X -4,3 8,1 6,9 11 4

53 07:00:00 21,3 8,3 9,9 9,7 7 10,2 9,5 11,2 10,3 10,1 4 -3,7 -1,1

54 07:09:01 20,8 X 1,5 9,4 9,3 9,6 5

55 07:14:43 20,6 X -3,2 9,3 8,6 9,1 5

56 07:28:38 20,6 X 0,8 8,4 8,1 8,7 5

57 07:33:37 19,8 X -4,4 8,3 7,6 7,8 5

58 07:48:03 19,3 X 0,1 8,2 8 8,4 5

59 07:53:05 19,3 X -4,8 8 7,5 7,7 5

60 08:00:00 19,2 8,3 9,3 9,3 7,7 9,8 9,4 8,7 10,1 10,4 5

61 08:06:00 19,1 X 1,2 8,3 8,9 10,5 5 -1,3 0,3

62 08:11:20 19 X -4,8 7,4 8,8 10,1 5

ON Off

Grupo T [℃]

LOTE 1

Tem.

Amb.

[°C]

Hora

[min]

N°

LOTE 2 LOTE 3

Tabla (2.1Tabla (2.1Tabla (2.1Tabla (2.1)))) Primera toma de datos de temperaturas, tiempo de encendido y apagado del refrigerador del día 27 de Febrero (PRIMER REGIMEN).


38

Evap. Arrib Abaj Puer

Temp.

Sensor

[℃]

Temp.

Botella

[℃]

Temp.

Sensor

[℃]

Temp.

Sensor

[℃]

Temp.

Botella

[℃]

Temp.

Sensor

[℃]

Temp.

Sensor

[℃]

Temp.

Botella

[℃]

Temp.

Sensor

[℃]

1 2 3 4 AbrirCerrar

1 00:00:00 13 14,8 14,8 14,8 X 6

2 00:09:40 13,6 X -11,2 4 6,2 6,8 6

3 00:20:55 13,9 X -4 6,2 7,3 7,8 6

4 00:28:17 14 X -10,3 5,5 7 7,2 6

5 00:40:07 14,5 X -4,8 6,5 7,4 8 6

6 00:47:20 14,9 X -10,2 6,2 7,3 7,8 6

7 00:59:02 15,3 X -3,9 6,5 8,3 8,3 6

8 01:00:00 15,4 6,4 13,1 8 8,3 13 8,5 8,3 12,9 9,1 6 -3,9 -3,7

9 01:07:32 15,6 X -9,8 6,2 7,1 7,9 6

10 01:18:46 15,8 X -3,7 7,1 7,4 8,3 6

11 01:26:29 15,9 X -10,3 6,7 7,1 7,6 6

12 01:37:42 16,1 X -3,2 7,8 8,4 8,6 6

13 01:45:06 16,2 X -9,9 6,4 7,3 7,4 5

14 01:56:35 16,4 X -3,8 7,1 7,4 3,8 5

15 02:00:00 16,4 6,8 11,9 8 7,4 11,9 8 7,4 11,8 8,7 5 -6,7 -8,2

16 02:04:00 16,5 X -10,2 6,4 6,9 8,3 5

17 02:15:37 16,9 X -4,3 6,7 7,2 8,6 5

18 02:23:13 17,4 X -10,9 5,8 6,4 7,8 5

19 02:34:16 18 X -4,2 6,3 7,1 8,3 5

20 02:41:15 18,2 X -10,6 5,7 6,2 7,4 5

21 02:53:31 19 X -4,1 6,1 6,7 8,2 5

22 03:00:00 19,3 5,7 10,8 8,3 6,4 10,9 8,2 7,3 10,6 8,1 5 -10 -6,2

23 03:02:40 19,9 X -6,2 8,3 8,2 8,1 5

24 03:09:36 19,5 X -3,3 8,1 7,4 7,8 5

25 03:18:13 19,7 X -10,1 7,4 6,4 6,7 5

26 03:28:10 20,1 X -3,7 7,7 7,2 7,1 4

27 03:25:28 20,2 X -9 7,2 6,5 7,3 4

28 03:46:51 20,7 X -2 8,2 7,3 7,1 4

29 03:54:10 21,9 X -8,9 7,9 7,1 8 4

30 04:00:00 21,7 8,3 9,4 10,1 7,3 10,3 8,8 7,7 9,8 10,5 4 -5,6 -1,9

31 04:03:54 21,7 X -1,1 9,8 8,1 10,5 4

32 04:11:56 21,7 X -8,4 9,8 6,4 10,9 4

33 04:22:54 22 X -2,1 9,4 7,4 10,4 4

34 04:30:32 22 X -8,9 8,8 5,8 10,2 4

35 04:41:39 22,3 X -2,4 9,1 7,3 10,1 4

36 04:49:18 22,1 X -8,9 8,7 5,7 10,3 4

37 05:00:00 22,2 8,8 9,3 8,7 7,1 9,3 9,4 10,2 9,8 10,3 4 -2,8 -2,4

38 05:01:10 22,3 X -2,8 8,8 7,1 10,2 4

39 05:09:51 22,6 X -9,2 7,4 8,8 9,7 4

40 05:20:32 23,2 X -2,5 7,8 8,7 9,9 4

41 05:28:47 23,4 X -9,2 6,6 8,7 9,7 3

42 05:39:50 23,5 X -2,5 7,6 8,7 9,2 3

43 05:47:25 23,7 X -8,8 6,6 8,4 9,6 3

44 05:58:23 23,3 X -2,3 7,5 8,7 9,6 3

45 06:00:00 23,3 7,4 8,9 7,8 8,5 9 8,7 9,6 9,4 8,9 3 -3,2 -4,2

46 06:07:13 23,1 X -8,6 7,4 7,4 8,4 3

47 06:18:13 22,9 X -2,2 7,4 7,8 8,9 3

48 06:25:18 22,5 X -9 6,6 6,9 8,1 3

49 06:36:13 22,4 X -2,6 7 7,3 8,3 3

50 06:43:32 22,5 X -9,1 6,5 6,8 7,8 3

51 06:54:41 22,3 X -2,8 6,8 7,2 8,1 3

52 07:00:00 22,2 6,7 8 7,1 6,7 9 7,6 7,6 9,2 6,1 3 -7,5 -7,5

53 07:02:13 22,5 X -7,5 7,1 7,6 6,1 3

54 07:11:44 22,1 X -2,5 6,3 7,1 6,2 3

55 07:18:47 22 X -8,6 5,2 6,5 5,1 3

56 07:29:19 22,3 X -2,3 6,5 7,1 6,6 2

57 07:36:30 22,2 X -7,8 6,1 7 5,9 2

58 07:47:30 21,9 X -0,9 7,2 8,5 7,8 2

59 07:54:41 21,7 X -6,4 6,7 7,1 6,7 2

60 08:00:00 21,6 7,9 7,5 8 10,4 7,8 10,7 9,7 8,3 10,8 2 -5,3 -3,4

61 08:04:40 21,7 X 0,2 8,5 9,4 9,5 2

ON Off

Grup

o

T [℃]LOTE 1Tem.

Amb.

[°C]

Hora

[min]

N°

LOTE 2 LOTE 3

Tabla (2.2)Tabla (2.2)Tabla (2.2)Tabla (2.2) Segunda toma de datos de temperaturas, tiempo de encendido y apagado del refrigerador del día 28 de Febrero (SEGUNDO REGIMEN).


39

CÁLCULOS.CÁLCULOS.CÁLCULOS.CÁLCULOS. a.a.a.a. En base a la construcción de los En base a la construcción de los En base a la construcción de los En base a la construcción de los gráficográficográficográficos s s s de funcionamiento del sistemade funcionamiento del sistemade funcionamiento del sistemade funcionamiento del sistema y de potencia del y de potencia del y de potencia del y de potencia del

compresor,compresor,compresor,compresor, para los dospara los dospara los dospara los dos regímenes estudiadosregímenes estudiadosregímenes estudiadosregímenes estudiados:::: construir y sobreponer comparativamente los construir y sobreponer comparativamente los construir y sobreponer comparativamente los construir y sobreponer comparativamente los gráficos que puedan representar el consumo energético diario y a partir gráficos que puedan representar el consumo energético diario y a partir gráficos que puedan representar el consumo energético diario y a partir gráficos que puedan representar el consumo energético diario y a partir de este último dato de este último dato de este último dato de este último dato calcular el consumo energético mensual del refrigerador.calcular el consumo energético mensual del refrigerador.calcular el consumo energético mensual del refrigerador.calcular el consumo energético mensual del refrigerador.

PARAMETROS DE FUNCIONAMIPARAMETROS DE FUNCIONAMIPARAMETROS DE FUNCIONAMIPARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO. ENTO. ENTO. ENTO.

Régimen del primer día:Régimen del primer día:Régimen del primer día:Régimen del primer día:

El tiempo de monitoreo fue de 600 minutos (9 horas), el tiempo que funcionó el compresor es 225.3

[min], por tanto, los minutos que funciona por hora son:

[ ][ ]monitoreo de horas 9

entofuncionami de minutos3.252t hora/ compresor =

[min/hora]03.25t hora/ compresor =

Por lo tanto, al día, el tiempo de funcionamiento del compresor es:

[ ][ ]

[ ][ ]día

horas

1

24*

minutos 60

hora 1*tt hora/ compresor dia / compresor =

][horas/dia013.10t dia/ compresor =

La potencia medida del compresor es, a partir de los parámetros eléctricos medidos:

Pcompresor

= U*I

Pcompresor

= 229 [V] * 0.45 [A]

Pcompresor

= 103.05 [W]

El consumo energético por día es:

dia/ compresor compresordia/ compresor tPE ⋅=

[ ]

=W

kW

día

horasW

1000

1*013.10*05.103E dia/ compresor

Ecompresor / dia

= 1.032[kW-hr/dia]

Multiplicando este valor por los 30 días del mes, se tiene el consumo energético mensual:

Ecompresor/mes

= 30.96 [kW-hr/mes]


40

Régimen del segundo día:Régimen del segundo día:Régimen del segundo día:Régimen del segundo día:

En el tiempo de monitoreo de 600 minutos (10 horas), el tiempo que funcionó el compresor es 224.73

[min], por lo tanto, los minutos que funciona por hora son:

[ ][ ]

[ ][ ]hora

utos

1

min60*

monitoreo de minutos 600

entofuncionami de minutos 224.73t hora/ compresor =

[min/hora]473.22t hora/ compresor =

Por lo tanto, al día, el tiempo de funcionamiento del compresor es:

[ ][ ]

[ ][ ]día

horas

1

24*

minutos 60

hora 1*tt hora/ compresor dia / compresor =

][horas/dia 99.8t dia/ compresor =

La potencia medida del compresor es, a partir de los parámetros eléctricos medidos:

Pcompresor

= U*I

Pcompresor

= 229 [V] * 0.45 [A]

Pcompresor

= 103.05 [W]


dia/ compresor compresordia/ compresor tPE ⋅=

[ ]

=W

kW

día

horasW

1000

1*99.8*05.103E dia/ compresor

Ecompresor / dia

= 0.93 [kW-hr/dia]

Multiplicando este valor por los 30 días del mes, se tiene el consumo energético mensual:

Ecompresor/mes

= 27.9 [kW-hr/mes]


41


42

Fig.2.7Fig.2.7Fig.2.7Fig.2.7Diagrama de funcionamiento del compresor y temperaturas para el PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.


43


44

Fig.2.8Fig.2.8Fig.2.8Fig.2.8Diagrama de funcionamiento del compresor y temperaturas para el SEGUNDO SEGUNDO SEGUNDO SEGUNDO

Fig.2.9Fig.2.9Fig.2.9Fig.2.9Diagrama de funcionamiento del compresor y temperatura del sensor T1 (sensor en el

congelador) vs. Tiempo para elPRIMERPRIMERPRIMERPRIMER RÉGIMEN.RÉGIMEN.RÉGIMEN.RÉGIMEN.


45

Fig.2.10 Fig.2.10 Fig.2.10 Fig.2.10 Diagrama de funcionamiento del compresor y temperatura del sensor T1 (sensor en el

congelador) vs. Tiempo para el SESESESEGUNDO RÉGIMEN.GUNDO RÉGIMEN.GUNDO RÉGIMEN.GUNDO RÉGIMEN.

Fig.2.11Fig.2.11Fig.2.11Fig.2.11Grafica de consumo de energía durante el monitoreo del PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.


46

Fig.2.12Fig.2.12Fig.2.12Fig.2.12Grafica de consumo de energía durante el monitoreo del SEGUNDO RÉGIMEN.SEGUNDO RÉGIMEN.SEGUNDO RÉGIMEN.SEGUNDO RÉGIMEN.

b.b.b.b. Sobre las características técnicasSobre las características técnicasSobre las características técnicasSobre las características técnicas----dimensionales del refrigerador dimensionales del refrigerador dimensionales del refrigerador dimensionales del refrigerador desarrollar una propuesta para desarrollar una propuesta para desarrollar una propuesta para desarrollar una propuesta para

calcular la máxima carga térmica que podría cubrir y establecer el porcentaje de ésta que ha sido calcular la máxima carga térmica que podría cubrir y establecer el porcentaje de ésta que ha sido calcular la máxima carga térmica que podría cubrir y establecer el porcentaje de ésta que ha sido calcular la máxima carga térmica que podría cubrir y establecer el porcentaje de ésta que ha sido usado en las dos pruebas.usado en las dos pruebas.usado en las dos pruebas.usado en las dos pruebas.


47

Fig.2.1Fig.2.1Fig.2.1Fig.2.13333Propuesta para estimar la carga de refrigeración. Forma para el reconocimiento y el cálculo de la carga de refrigeración. (Cortesía de Dunham – Bus, Inc.)


48

Fig.2.1Fig.2.1Fig.2.1Fig.2.14444Propuesta para estimar la carga de refrigeración. Forma para el reconocimiento y el cálculo de

la carga de refrigeración. (Cortesía de Dunham – Bus, Inc.). CONTINUACION. CONTINUACION. CONTINUACION. CONTINUACION.


49


50


51


52


53


54


55


56


57


58


59


60


61


62


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65


66


67


68


69


70


71


72


73


74


75

De acuerdo a la propuesta dada se obtuvo la siguiente CARGA TERMICA MAXIMA de 85,58 [W]

��, �� = ��%

Entonces: Entonces: Entonces: Entonces: �, �� = , % “Viernes”“Viernes”“Viernes”“Viernes”

, �� = �, ��% “Sábado”“Sábado”“Sábado”“Sábado”

DONDE: CT 1DONDE: CT 1DONDE: CT 1DONDE: CT 1er.er.er.er. REGIMEN ES 32,2% DE LA CARGA MAXIMAREGIMEN ES 32,2% DE LA CARGA MAXIMAREGIMEN ES 32,2% DE LA CARGA MAXIMAREGIMEN ES 32,2% DE LA CARGA MAXIMA....

CT CT CT CT 2222dodododo.... REGIMEN REGIMEN REGIMEN REGIMEN ES 37,95 % DE LA CARGA MAXIMA.ES 37,95 % DE LA CARGA MAXIMA.ES 37,95 % DE LA CARGA MAXIMA.ES 37,95 % DE LA CARGA MAXIMA.

c.c.c.c. En base al relevamiento termotécnicoEn base al relevamiento termotécnicoEn base al relevamiento termotécnicoEn base al relevamiento termotécnico hecho en el refrigerador, desarrollar un modelo grafico que hecho en el refrigerador, desarrollar un modelo grafico que hecho en el refrigerador, desarrollar un modelo grafico que hecho en el refrigerador, desarrollar un modelo grafico que establezca un mapa térmico tridimensional del funcionamiento refrigerador.establezca un mapa térmico tridimensional del funcionamiento refrigerador.establezca un mapa térmico tridimensional del funcionamiento refrigerador.establezca un mapa térmico tridimensional del funcionamiento refrigerador. A continuación podemos observar las temperaturas más levadas con rojo, aunque debido a que es un refrigerador y está bien aislado no se representa exactamente el calor por las paredes, un leve color celeste-verduzco representa el calor aportado.


76

Fig.2.15 Fig.2.15 Fig.2.15 Fig.2.15 Esquema de mapa térmico.Esquema de mapa térmico.Esquema de mapa térmico.Esquema de mapa térmico.

Dónde: Q_1=Q_1=Q_1=Q_1=Carga total de producto Q_2Q_2Q_2Q_2=Carga de refrigeración por elementos internos, Iluminación foco y compresor Q_3Q_3Q_3Q_3=Carga de refrigeración por infiltración de aire Q_4Q_4Q_4Q_4=Carga de refrigeración por Transferencia de Calor Q_5Q_5Q_5Q_5=Carga de aporte del cuerpo humano

Fig.2.16 Fig.2.16 Fig.2.16 Fig.2.16 Perdidas de calor por el sector del compresorPerdidas de calor por el sector del compresorPerdidas de calor por el sector del compresorPerdidas de calor por el sector del compresor....


77

2.5.2.5.2.5.2.5. RESULTADOS.RESULTADOS.RESULTADOS.RESULTADOS.

Régimen Régimen Régimen Régimen del primer día:del primer día:del primer día:del primer día:

Tiempo de funcionamiento del compresor es:



Ecompresor / dia

= 0.966 [kW-hr/dia]

Consumo energético mensual:

Ecompresor/mes

= 28.98 [kW-hr/mes]

Régimen del segundo día:Régimen del segundo día:Régimen del segundo día:Régimen del segundo día:

Tiempo de funcionamiento del compresor:


El consumo energético por día :

Ecompresor / dia

= 1.234 [kW-hr/dia]

Consumo energético mensual:

Ecompresor/mes

= 37.020 [kW-hr/mes]


78

Fig.2.Fig.2.Fig.2.Fig.2.11117777Diagrama de funcionamiento del compresor y temperaturas para el PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.

Fig.2.Fig.2.Fig.2.Fig.2.11118888Diagrama de funcionamiento del compresor y temperaturas para el SEGUNDO RÉGIMEN.SEGUNDO RÉGIMEN.SEGUNDO RÉGIMEN.SEGUNDO RÉGIMEN.


79

Fig.2.Fig.2.Fig.2.Fig.2.11119999Grafica de consumo de energía durante el monitoreo del PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.PRIMER RÉGIMEN.

Fig.2.Fig.2.Fig.2.Fig.2.20202020Grafica de consumo de energía durante el monitoreo del SEGUNDO RÉGIMEN.SEGUNDO RÉGIMEN.SEGUNDO RÉGIMEN.SEGUNDO RÉGIMEN.

Valores obtenidos de los calores componentes de la CARGA TERMICA TOTAL para ambos regímenes.Valores obtenidos de los calores componentes de la CARGA TERMICA TOTAL para ambos regímenes.Valores obtenidos de los calores componentes de la CARGA TERMICA TOTAL para ambos regímenes.Valores obtenidos de los calores componentes de la CARGA TERMICA TOTAL para ambos regímenes.


80

CARGA DE REFRIGERACIÓNCARGA DE REFRIGERACIÓNCARGA DE REFRIGERACIÓNCARGA DE REFRIGERACIÓN

Q1 Carga Térmica del Producto 5.876 [W]

Q2 Carga Térmica Fuentes Internas, Iluminación foco, compresor,

10.53 [W]

Q3 Carga Térmica Infiltración de aire 0.3927 [W]

Q4 Carga Térmica Transferencia de Calor 10.58 [W]

Q5 Carga Térmica del cuerpo humano 0.1805 [W]

CCCCTTTT Carga de Refrigeración TotalCarga de Refrigeración TotalCarga de Refrigeración TotalCarga de Refrigeración Total 27.58 [W]27.58 [W]27.58 [W]27.58 [W]

Tabla No. 2.1. – Calores que componen la Carga de Refrigeración PRIMER REGIMEN.

CARGA DE REFRIGERACIÓNCARGA DE REFRIGERACIÓNCARGA DE REFRIGERACIÓNCARGA DE REFRIGERACIÓN

Q1 Carga Térmica del Producto 6.828[W]

Q2 Carga Térmica Fuentes Internas, Iluminación foco, compresor,

10.98 [W]

Q3 Carga Térmica Infiltración de aire 0.3927 [W]

Q4 Carga Térmica Transferencia de Calor 14.1 [W]

Q5 Carga Térmica del cuerpo humano 0.1805 [W]

CCCCTTTT Carga de Refrigeración TotalCarga de Refrigeración TotalCarga de Refrigeración TotalCarga de Refrigeración Total 32.48 [W]32.48 [W]32.48 [W]32.48 [W]

Tabla No.2.2. – Calores que componen la Carga de Refrigeración SEGUNDO REGIMEN.

De acuerdo a la propuesta dada se obtuvo la siguiente CARGA TERMICA MAXIMA de 85,58 [W]De acuerdo a la propuesta dada se obtuvo la siguiente CARGA TERMICA MAXIMA de 85,58 [W]De acuerdo a la propuesta dada se obtuvo la siguiente CARGA TERMICA MAXIMA de 85,58 [W]De acuerdo a la propuesta dada se obtuvo la siguiente CARGA TERMICA MAXIMA de 85,58 [W]

��, �� = ��%

Entonces: Entonces: Entonces: Entonces: �, �� = , % “Viernes”“Viernes”“Viernes”“Viernes”


DONDE: DONDE: DONDE: DONDE: CT 1 ER REGIMEN ES 32,2% DE LA CARGA MAXIMACT 1 ER REGIMEN ES 32,2% DE LA CARGA MAXIMACT 1 ER REGIMEN ES 32,2% DE LA CARGA MAXIMACT 1 ER REGIMEN ES 32,2% DE LA CARGA MAXIMA

CT do REGIMEN ES 37,95 % DE LA CARGA MAXIMA CT do REGIMEN ES 37,95 % DE LA CARGA MAXIMA CT do REGIMEN ES 37,95 % DE LA CARGA MAXIMA CT do REGIMEN ES 37,95 % DE LA CARGA MAXIMA

3.3.3.3. DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS.DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS.DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS.DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS.

De acuerdo a la experiencia se pudo ver que el compresor no funciona todo el tiempo sino en

determinados lapsos. Existe un termostato que es un sensor que hace que el compresor se encienda,

cuando la temperatura interior del refrigerador comienza a subir, entonces el compresor se enciende y

la temperatura interna desciende nuevamente.

Enelrégimen del segundo día se tuvo más tiempo de funcionamiento que del primero debido al

incremento de un acondicionador cercano al compresor, por tanto cuando se calculó su carga térmica

resulto ser ligeramente mayor que la del régimen del primer día, esto es debido al incremento de

calor que aporta el acondicionador a la carga térmica total.


81

Tiempo de funcionamiento del compresor: ][horas/dia 8.9t dia/ compresor = Régimen del primer día

Tiempo de funcionamiento del compresor: ][horas/dia 519.12t dia/ compresor = Régimen del segundo día

El consumo energético diario y mensual del segundo régimen también resultó ser mayor, todo esto es

debido a que el compresor funcionó más minutos porque necesitaba mantener una temperatura

constante en el refrigerador para todo esto necesita más energía que equivale a mayor consumo de

energía eléctrica.

Régimen del primer día:

El consumo energético por día es:Ecompresor / dia

= 0.966 [kW-hr/dia]

Consumo energético mensual:Ecompresor/mes

= 28.98 [kW-hr/mes]

Régimen del segundo día:

El consumo energético por día:Ecompresor / dia

= 1.234 [kW-hr/dia]

Consumo energético mensual:Ecompresor/mes

= 37.020 [kW-hr/mes]

Como se trabajó en dos regímenes distintos de funcionamiento para el refrigerador, se obtuvo la

siguiente capacidad térmica en ambos casos.

CT=27.56 [W] PRIMER REGIMEN

CT=32.48 [W] SEGUNDO REGIMEN

Esto es coherente debido a que ambos trabajan en regímenes diferentes, aclarando que en el segundo

existe más carga térmica debido a un incremento de funcionamiento del compresor.

De acuerdo a la propuesta dada se obtuvo la siguiente CARGA TERMICA MAXIMA de 85,58 [W]

��, �� = ��%

Entonces:�, �� = , % “Viernes”“Viernes”“Viernes”“Viernes”


Esta carga térmica máxima es obtenida de acuerdo a condiciones de uso máximo del refrigerador,

asumiendo como masa del producto un valor próximo a la capacidad máxima del mismo, y tomando


82

algunas consideraciones similares a la del monitoreo, como las temperaturas de las botellas, tiempo de

funcionamiento promedio, cantidad de transferencia de calor similares.

En cuanto al estudio de los 5 sensores se puede ver en la figura 2.7 y 2.8 que evidentemente el

sensor 1 (colocado en el congelador del refrigerador marca las temperaturas más inferiores que las

demás). Los demás sensores registran temperaturas cuya magnitud se encuentra de acuerdo a la

ubicación del mismo, por otro lado se sabe que el EVAPORADOR se ubica en la parte superior del

refrigerador por tanto en la parte inferior el registro de temperaturas es relativamente menor que

las demás, lo mismo ocurre en los sensores ubicados en la pared superior e inferior de la puerta del

refrigerador.

Por otro lado se puede observar en las figuras 2.9 y 2.10, la coherencia que hay cuando el compresor

funciona y la temperatura desciende, debido que la temperatura en el interior del refrigerador

asciende y por tanto el termostato del refrigerador pone en funcionamiento al compresor para que

esta temperatura puede disminuir, en síntesis en estas graficas se puede observar que cuando el

compresor funciona evidentemente disminuye la temperatura del interior del refrigerador.

4.4.4.4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Tenemos:

� A través del presente laboratorio y la previa explicación en clases se pudieron identificar los

elementos componentes de un sistema de refrigeración y la función que desempeñan.

� Se conoció y se comprendió el funcionamiento del sistema de refrigeración en cuestión a

través de sus parámetros característicos.

� Se asociación de manera objetiva el sistema de refrigeración, su carga térmica y su consumo

energético, a través de sus parámetros de medición.

� Se precisó la naturaleza del servicio de refrigeración del sistema a través del cálculo de la

capacidad térmica, tomando los aspectos más sobresalientes que influyen sobre él.

� Se desarrolló un modelo de comportamiento del sistema a partir de los parámetros de

funcionamiento medidos durante todo el monitoreo del refrigerador.


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5.5.5.5. BIBLIOGRAFÍA.BIBLIOGRAFÍA.BIBLIOGRAFÍA.BIBLIOGRAFÍA.

� Yunus A. Cengel, Michael A. Boles, TERMODINAMICA, Editorial McGrawHill, México 2009.

� Yunus A. Cengel, Transferencia de Calor, Editorial McGrawHill, Mexico 2004.

� Juan Antonio Ramírez Millares, Enciclopedia de la Refrigeración, Edit. CEAC 3da Edición, España

1996.

� Stoecker W.F., Jones J.W., “Refrigeración y Aire Acondicionado”, Edit. McGraw – Hill, 2da Edición.

� Edward G. Pita, “Principios y Sistemas de Refrigeración”, editorial LIMUSA 3ra edición, México 1991.

� Peñaranda M. Edgar, www.docentes.utonet.edu.bo/epenarandam , 26 de agosto de 2011.

� http://html.rincondelvago.com/bomba-de-calor_1.html, acceso 29 de agosto de 2011.

� http://www.soliclima.es/productos/9-bomba-de-calor.html, acceso 29 de agosto de 201.

� http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_frigor%C3%ADfico#Sistemas_de_refrigeraci.C3.B3n_conform

e_zonas_de_fr.C3.ADo, acceso 29 de agosto de 201.

� http://www.sabelotodo.org/aparatos/refrigeracion.html, acceso 29 de agosto de 2011.

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