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Plantas de refrigeración.
1 Introducción.
El ciclo invertido, dispuesto para “bombear” calor desde una temperatura dada hasta otra mas alta, sirve para mucho fines útiles en una época como la nuestra. Además de sus usos bien conocidos para la conservación de alimentos, para la fabricación de hielo y para el acondicionamiento de aire en forma confortable para épocas calurosas, el ciclo derefrigeración tiene muchas otras aplicaciones industriales, como la fabricación de “caucho en frío” (para mejorar su resistencia al desgaste), en los procesos de refinación del petróleo, en el tratamiento del acero, en la fabricación de productos químicos y en la licuefacción de gases.
2 El ciclo invertido de Carnot.
Si el ciclo se utiliza para refrigeración figura 1 (a), el refrigerante se comprimeisentropicamente, ab, desde una temperatura en frío, T1, hasta otra, T2, mayor que la de un sumidero naturalmente disponible, T0 . El sistema (refrigerante) descarga o cede calor luego a una temperatura constante, T2, a lo largo de bc. En un estado dado, c, una expansión isentrópica, cd, baja la temperatura hasta T1, que es menor que la TR del espacio refrigerado o del cuerpo que se va a enfriar,de modo que ahora pasara calor del espacio refrigerado al refrigerante, enfriándose así a aquél. El refrigerante recibe calor a lo largo de la trayectoria da y, a partir de ahí, el ciclo se repite.
En este caso el trabajo esta representado por
[pic]
como un numero positivo, donde S = Sa - Sd = Sb - Sc. A pesar de que el trabajo hecho sobre un sistema es convencionalmente negativo, se encuentraconveniente no considerar el signo negativo en el trabajo del ciclo invertido. El signo únicamente indica el sentido del flujo de energía, y una vez que éste se conoce, el signo puede tomarse positivo al tratar casos concretos.
T T
T Espacio
Temperatura del c T2 b caliente
Sumidero disponible
T TR
c T2 b W T0 W d a
T1 Tr T d a T1 T QA espacio QA frio S S n m e f (a) Refrigeración (b)Calentamiento
FIG. 1. Ciclos invertidos
3 Refrigeración.
En general se define la refrigeración como cualquier proceso de eliminación de calor, mas específicamente, se define a la refrigeración como la rama de la ciencia que trata con los procesos de inducción y mantenimiento de la temperatura de un espacio o material a temperatura inferior con respecto de los alrededores correspondientes.
Para lograrlo anterior, debe sustraerse calor del cuerpo que va a ser refrigerado y ser transferido a otro cuerpo cuya temperatura es inferior a la del cuerpo refrigerado. Debido a que el calor eliminado del cuerpo refrigerado es transferido a otro cuerpo, es evidente es evidente que refrigeración y calentamiento son en realidad los extremos opuestos del mismo proceso.
4 Necesidad de aislamiento térmico.Debido a que el calor siempre fluye de una región de temperatura alta a una región de temperatura baja, siempre se tendrá un flujo de calor hacia la zona refrigerada de los alrededores calientes. Para limitar el flujo el flujo de calor hacia la región refrigerada de manera que sea un mínimo, resulta necesario aislar la región de sus alrededores con un buen material aislante de calor.
5 La cargade refrigeración.
La velocidad a la cual deba ser el calor eliminado de un espacio o material refrigerado a fin de producir y mantener las condiciones deseadas de temperatura se le llama carga de refrigeración, la carga de enfriamiento o la carga térmica. En casi todas las aplicaciones de refrigeración, la carga de enfriamiento del equipo de refrigeración es la suma de las ganancias de calorproveniente de diferentes fuentes: (1) el calor transmitido por conducción a través de paredes aisladas, (2) el calor que debe ser eliminado del aire caliente que llega al espacio a través de puertas que se abren y cierran, (3) el calor que debe ser eliminado del producto refrigerado para reducir la temperatura del producto a la temperatura de almacenamiento y (4) el calor cedido por la gente que...