sábado, 2 de junio de 2012

RECURSOS

RECURSOS

Bibliografía:

Roy J. Dossat. (1993). Principios de refrigeración. (1a edición). México: CECSA.
Edward G. Pita. (2003). Acondicionamiento de aire principios y sistemas. (2a edición). México: CECSA.
Hernández Goribar, Eduardo. (1994). Fundamentos de aire acondicionado y Refrigeración. (13a edición) México: Limusa.
Edward G. Pita. (2002). Principios y sistemas de refrigeración. (2a edición). México: CECSA.
Air Conditioning and Refrigeration Institute (ARI). (1998). Refrigeración y aire acondicionado. México: Prentice Hall.
R. W. Haywood. (1999).  Ciclos termodinámicos de potencia y refrigeración. (2ª edición). México: Limusa.
B. R. Munson, D. F. Young, & T. H. Okiishi. (1999). Manual práctico de instalaciones hidráulicas, sanitarias y calefacción. México: Limusa.

Ligas en internet (paginas Web)

Video tutorial escala de temperatura conversión
www.cec.uchile.cl//~roroman/pag_2/term/termomet.htm

introduccion

La aplicación de la refrigeración comercial  actual mente asido una necesidad para la  alimentación, la salud y la producción que han un sido problema de preocupación vital para la humanidad a lo largo de toda su historia. El progreso en esta área ha llevado al desarrollo correspondiente de la transferencia de calor como una ciencia, por lo cual un conocimiento de esta disciplina es de suma importancia.

Un principio de la refrigeración comercial consiste en reducir y mantener la temperatura de un espacio dado por debajo de la temperatura ambiente, básicamente para la conservación de alimentos. Otras aplicaciones permiten licuado de gases, enfriamiento de procesos industriales, aire acondicionado, etc.

La conservación de alimentos por medio de refrigeración tiene muchas ventajas sobre el enlatado, el secado o el curado, debido a que permite al producto conservar su frescura y todo su valor nutritivo y vitaminas. La refrigeración retarda el proceso de descomposición natural realizada por bacterias, enzimas y hongos, aletargando a los microorganismos, pero no eliminándolos, por lo que el almacenamiento no debe ser indefinido.

Los primeros “refrigeradores” del siglo XIX usaban hielo para enfriar su interior; luego en 1856, surgió el primer refrigerador por compresión de vapor y se utilizó para enfriar cerveza. Sucesivamente se fueron desarrollando nuevos y más pequeños motores y compresores, hasta llegar a los sistemas actuales. Los equipos refrigerados más empleados por las empresas son los cuartos fríos, las refrigeradoras comerciales, las máquinas de fabricación de hielo y el transporte refrigerado.

Un sistema de refrigeración es un complejo transportador de energía con un variado número de componentes. Entre sus componentes se incluyen los compresores de gas y vapor, bombas de liquido, dispositivos de transferencia de calor (enfriadores de gas, intercambiadores, etc.), condensadores, evaporadores, y controles de flujo(estrangulamiento) y de mas accesorios mecánicos aplicados al ciclo de refrigeración mecánica para eficientizar la calidad de la refrigeración en su aplicación para la conservación o almacenamientos de productos perecederos.
La refrigeración tiene como finalidad mantener un espacio a una temperatura conveniente para realizar procesos o conservar la frescura de los alimentos por tiempos cortos o largos. Las temperaturas requeridas dependerán exclusivamente del producto por refrigerar, por lo que es importante obtener esta información antes de realizar diseños o evaluar equipos.

Es importante hacer notar que diferentes productos pueden tener temperaturas recomendadas según la aplicación y la duración del almacenamiento, por lo que en casos específicos es preferible identificar los rangos recomendados para cada producto.
El equipamiento eléctrico utilizado en refrigeración en la mayoría de los procesos industriales y en la infraestructura comercial presenta bajos niveles de rendimiento; ello, aunado a que el equipo ha sobrepasado su período de vida útil o se acerca a ese límite, provocando considerables desperdicios energéticos. Esto se traduce en un incremento en los costos de producción y costos operativos. Por lo que se requiere del buen uso y del servicio de mantención de los equipos para reducir las pérdidas energéticas en los sistemas de refrigeración.

DEFINICIONES (propiedades termodinámicas)

Para evaluar y reconocer el funcionamiento de los equipos de refrigeración, es necesario conocer los siguientes conceptos:

Propiedades físicas de las sustancias.

Masa. La masa de un cuerpo es la cantidad de materia, moléculas y átomos que posee. Se mide en libras masa (lbm) o en kilogramos (kg).

Fuerza. Es la atracción o empuje de un cuerpo sobre otro, capaz de alterar la velocidad o deformar al objeto. Se mide en libras fuerza (lbf) o Newton (N).

Peso. Es la fuerza con que el planeta tierra atrae a los cuerpos, por lo que se mide en libras fuerza. Sin embargo, es común que las personas se refieran al peso simplemente como libras.

Densidad y volumen específico. La densidad de una sustancia es la masa que posee por cada unidad de peso, es decir, cuántas libras de masa se encuentran en un volumen determinado. Se mide al dividir la masa entre el volumen en unidades de lbm/pie3 o Kg/m3 El volumen específico es lo opuesto a la densidad, es decir, mide la masa en un volumen dado y sus unidades son volumen entre masa (pie3/lbm o m3/Kg).

Presión y vacío. La presión es la fuerza ejercida por una sustancia sobre una superficie o área. Se mide en libra fuerza sobre pie cuadrado, pero es más conveniente utilizar la libra fuerza sobre pulgada cuadrada (lbf/in2 o psi1). También se utiliza el Pascal (Pa) que se obtiene de dividir la fuerza en Newton (N) entre la superficie en m2.

Cuando no existe ningún tipo de presión, se dice que existe un vacío absoluto. Toda presión sobre este valor se conoce como presión absoluta y se mide en psia2.

La presión ejercida por la presión de la atmósfera sobre los objetos se conoce como presión barométrica y es igual a 14,7 psia3 en el nivel del mar y se reduce a medida de que subimos de altura. Presiones por debajo de la atmosférica se conocen como presiones de vacío parcial o simplemente de vacío.

Los instrumentos para medir la presión son los manómetros y generalmente están calibrados a fin de marcar cero a la presión atmosférica, por lo que el valor medido se conoce como presión manométrica (psig4). El manómetro es una herramienta indispensable para los técnicos de mantenimiento de refrigeración.

Trabajo, potencia y energía

Se realiza un trabajo al desplazar un objeto, cuerpo o sustancia, de un punto a otro, al aplicar una fuerza. La potencia es qué tan rápido puede realizarse un trabajo, por lo que se mide en unidades de trabajo entre tiempo. Las unidades más conocidas de trabajo son los Vatios (W) y los caballos de fuerza (del inglés “Horse Power” o HP). 1HP = 746 W.


1 Del ingles pound square inch (psi).
2 La “a” al final de psi indica que es presión absoluta.
3 14.7 psia = 1 atm
4 La “g” al final de psi indica que es presión manométrica y proviene del inglés “gauge” que significa manómetro.

 A la capacidad de realizar un trabajo se le llama energía, la cual no se crea ni se destruye, únicamente se transforma (Primera ley de la termodinámica).

Temperatura

La temperatura es una propiedad de las sustancias y depende de la velocidad del movimiento de las moléculas del cuerpo, de tal manera que a mayor velocidad, mayor temperatura.

Cuando no se pueda medir en forma práctica la velocidad de las moléculas y los átomos, la medición se hace subjetivamente y se definen los términos de caliente y frío al comparar en forma subjetiva a través del tacto, pero para evaluar objetivamente la temperatura, se definen escalas que utilizan unidades llamados grados. El instrumento para realizar las mediciones es el “termómetro”.

Esta herramienta es importante para evaluar los sistemas de refrigeración y permite, inclusive, diagnosticar si existen fallas en el sistema. Los termómetros actualmente pueden ser mecánicos o electrónicos y encontrarse en todo tipo de formas y tamaños para las aplicaciones de refrigeración. Las escalas más utilizadas son los grados centígrados o Celsius (°C) y los Fahrenheit (° F). Existen otras escalas, pero en la práctica de refrigeración éstas son las más utilizadas.

Calor

Es una forma de energía relacionada con la temperatura de los cuerpos, la cual se transfiere de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor. La refrigeración es un uso práctico del calor, al reducir la temperatura de los cuerpos y extraer su calor utilizando sustancias o cuerpos de menor temperatura. El calor nunca se desplaza de un cuerpo frío a otro caliente.

Estados de la materia

La temperatura y/o calor de un cuerpo mas la presión define también el estado de agregación de la materia en que se encuentra determinada sustancia sólida, líquida o gaseosa. Un gas posee moléculas con alto nivel de energía y moviéndose a gran velocidad.

Al remover calor de un gas, sus moléculas perderán energía y velocidad y su temperatura se reducirá hasta llegar a un punto en que se moverán lentamente y la sustancia se volverá un líquido. A este punto se le conoce como licuefacción o condensación. Si se continúa enfriando, las moléculas llegarán a un nivel de energía bajo y se solidificarán. A esto se le llama punto de congelamiento o solidificación.

Si, por el contrario, al líquido se le agrega más calor, sus moléculas aumentarán su velocidad hasta vaporizarse. A esto se le llama punto de ebullición.
De tal forma, mientras la sustancia cambia de estado, su temperatura se mantiene constante, a pesar de ceder o ganar calor, y se le conoce como condición de saturación. Esto es así hasta que cambia su estado totalmente.

Cuando se agrega calor bajo estas condiciones se dice que es calor latente; en cambio, al agregar o retirar calor a la sustancia cuando está por encima o debajo de sus puntos de cambio de estado, la temperatura aumentará o se reducirá respectivamente; entonces, se dice que se transfiere calor sensible.

El valor de temperatura que define el punto de congelamiento y ebullición de las sustancias también depende de la presión. Si un líquido se encuentra a baja presión, podrá ebullir a una menor temperatura que cuando se encuentra a alta presión y viceversa. Este es el principio de las ollas a presión, que permiten cocinar más rápido los alimentos al mantener el agua hervida a una presión mayor y, por ende, a una mayor temperatura. Cuando el líquido se encuentra a temperaturas por debajo del punto de condensación, se dice que esta subenfríado.

Medida del calor y energía

Para medir la cantidad de calor, se define el concepto de la caloría y el BTU5. Ambas medidas representan el calor necesario para elevar en un grado de temperatura una masa determinada de agua. La diferencia es que la primera considera °C y kilogramos, mientras que el BTU utiliza °F y libras.

Como lo que interesa es saber cuánto calor se remueve en un tiempo dado, las unidades de sistema de refrigeración se catalogan en Cal/h o BTU/h. Existen otras unidades equivalentes para este mismo fin, pero en el contexto centroamericano, una muy usada es la tonelada de refrigeración (Ton Refrigeración o TR), que equivale a 12.000 BTU/h. Otras nomenclaturas utilizan el MBH, que significa 1000 BTU/h; por ejemplo, un equipo de 5 TR equivale a 60.000 BTU/h6 o 60 MBH. Por otra parte, la energía eléctrica se mide en potencia que son Watts (W) o KiloWatts (kW = 1.000 W) y el consumo en kW por hora (kWh).

EQUIPOS DE MEDICIÓN

Para realizar mediciones y evaluar los equipos de refrigeración en una empresa, industria o comercio, es necesario contar con los equipos adecuados a fin de obtener datos puntuales y confiables que luego permitan realizar análisis y recomendaciones que pueden ser medidas y comparadas en la práctica.

Termómetro

De todos los equipos necesarios, el termómetro es el más básico. Sin una medida confiable de temperatura, no se puede evaluar si el equipo logra enfriar lo suficiente y cuáles son sus condiciones ambientales y las del condensador, (Fig. 1 y 2).

               

De tal manera, el termómetro ayuda a racionalizar el uso de los aparatos y a determinar si el termostato está o no bien ajustado. Los hay de muchas formas y costos en el mercado. El más barato es el análogo de aguja, pero puede tener un bulbo o sensor o de bolsillo, aunque existen versiones digitales.

Los más costosos son los de láser-infrarrojos, pues tienen la ventaja de tomar la temperatura a distancia, basados en las emisiones de luz infrarroja. Sin embargo, pueden tener poca exactitud sobre superficies reflectivas y en las bajas temperaturas, por lo que hay que verificar el manual del fabricante para confirmar sus limitantes.

Un tipo especial es el higrómetro, utilizado principalmente para tomar datos de temperaturas ambientes y con capacidad para medir la humedad relativa del aire.

Amperímetro y voltímetro

Estos instrumentos son de costo relativamente alto y se utilizan más para operaciones de mantenimiento y diagnóstico de fallas; sin embargo, permiten conocer corriente y voltaje para calcular la potencia real de los equipos y comparar con los datos de placa del fabricante, así como determinar si el consumo de los equipos de una instalación es eficiente

Manómetro de refrigeración

Al igual que el amperímetro y voltímetro, es una herramienta básica de mantenimiento y diagnóstico en los sistemas de refrigeración. Por su costo no es necesario que el auditor disponga de él, siendo preferible contar con el apoyo del personal de mantenimiento en el sitio.

Estos manómetros poseen, además de la escala de presión, una escala de temperaturas con base en el tipo de refrigerante que puede medir. Esto se debe a la característica física de la mezcla de vapor y líquido en el evaporador (condición saturada del refrigerante), en la cual la presión y la temperatura dependen una de la otra: para una presión, una temperatura de saturación definida.

Otras herramientas

Una cámara digital permite tomar fotos de situaciones puntuales para hacer énfasis en los reportes de la situación o constatar que se han realizado los cambios.
Son necesarias libretas de apuntes y notas para tomar los datos y un “check list” puntual de criterios básicos para identificar rápidamente los puntos por evaluar en forma objetiva.