OBJETIVOS 1.Estudiar el ciclo de refrigeración por compresión de vapor. 2. Determinar los aspectos e impactos ambientales generados en el proceso de refrigeración. 3. Establecer alternativas de solución frente a los impactos generados en el ambiente.

Antecedentes

El físico francés Sadi Carnot en los años 20 del siglo XIX, estudiando la máquina de vapor que Watt había creado en poco tiempo atrás en Inglaterra, desarrolló teorías que fueron la base de la Termodinámica y planteó las fórmulas de la máquina frigorífica.

CÁMARA FRIGORÍFICA

Las cámaras frigoríficas industriales

son recintos refrigerados por ciclos de compresión de vapor y

cuya baja temperatura se mantiene gracias a su

revestimiento con materiales aislantes.

Pared impermeable

Sistema aislado

Técnicas de generación de frío Comprensión mecánica de vapor

Comprensión por absorción

ELEMENTOS BÁSICOS QUE CONSTITUYEN EL PRINCIPIO DE REFRIGERACIÓN

•Aislamiento

a) Aislamiento de cerramientos constituidos por elementos de fábrica: Los cerramientos verticales se construyen con ladrillos o bloques de hormigón de fábrica y protegidos por un bordillo o murete.

b)Aislamiento con paneles prefabricados: Se caracterizan por su fácil instalación, gran rapidez de montaje, fácil mantenimiento y precio económico.

ELEMENTOS BÁSICOS QUE CONSTITUYEN EL PRINCIPIO DE REFRIGERACIÓN

Son necesarias para: 1. Mantener el valor de la conductividad térmica del aislante 2. Evitar deterioros en el aislante y en los paramentos verticales y horizontales. 3. Reducir el consumo energético. 4. Alargar la vida útil de cerramientos, materiales aislantes y de la maquinaria frigorífica.

Barreras antivapor

Revestimientos

Se hacen necesarios por varias razones: 1. Las protecciones evitan la rotura accidental del material aislante. 2. Son una protección contra la penetración del agua, acción de un posible fuego y 3. evitan el crecimiento de microorganismos en el aislante. 4. Presentan superficies lisas que facilitan su limpieza y permiten cumplir con las 5. reglamentaciones técnico-sanitarias.

Ciclo de refrigeración por compresión de

vapor

Tipo de sistema El sistema de refrigeración por su naturaleza es un sistema cerrado

Existe una transferencia de energía a través de las paredes

Componentes básicos para un ciclo de refrigeración

Compresor

Evaporador

Condensador

Dispositivo de expansión

CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR

1-2 Se transfiere (absorción) calor reversiblemente desde la región fría TL, de forma isoterma donde el refrigerante experimenta cambios de fase. (vapor saturado a vapor sobrecalentado)

2-3 El vapor refrigerante entra a un condensador, de donde se extrae calor a presión constante hasta que el fluido se convierte en líquido saturado en el estado 3.

Para que el fluido regrese a presión más baja, se expande adiabáticamente en una válvula o un tubo capilar hasta el estado 4.

3-4 Se transfiere calor reversiblemente a la región caliente a TH, de forma isoterma, donde el refrigerante experimenta cambios de fase (vapor a líquido).

4-1 Se expande el refrigerante isoentrópicamente hasta, alcanzar la temperatura mínima TL

Principio de funcionamiento de los principales dispositivos del sistema de refrigeración

Evaporador: Se transfiere calor (absorbe) de la región fría al refrigerante que experimenta un cambio de fase a temperatura constante. Para que la transferencia de calor sea efectiva, la temperatura de saturación del refrigerante debe ser menor que la temperatura de la región fría.

Condensador: El refrigerante se condensa al ceder calor a una corriente externa al ciclo. El agua y el aire atmosférico son las sustanciales habituales utilizadas para extraer calor del condensador. Para conseguir que se transfiera calor, la temperatura de saturación del refrigerante debe ser mayor que las temperaturas de las corrientes atmosféricas.

Compresor: Para alcanzar las condiciones requeridas en el condensador logrando la liberación del calor desde el sistema al ambiente, es necesario comprimir el refrigerante de manera de aumentar su presión y en consecuencia su temperatura (generalmente temperaturas de sobrecalentamiento), los requerimiento de potencia de entrada depende de las necesidades de enfriamiento.

Válvula de estrangulamiento: Liberado el calor en el condensador es necesario revertir el proceso del compresor de manera de obtener bajas temperatura al disminuir la presión (estrangular), logrando las condiciones requeridas en el evaporador.

REFRIGERANTE Refrigerante es una sustancia que actúa como agente de enfriamiento, con propiedades especiales de punto de evaporación y condensación.

Mediante cambios de presión y temperatura absorben calor en un lugar y lo disipa en otro mediante un cambio de líquido a gas y viceversa .

PROPIEDADES TERMODINÁMICAS

• se debe operar con presiones positivas

• la presión de condensación debe ser lo suficientemente baja

PRESION

• Hay tres temperaturas que son importantes

• la de ebullición, la crítica y la de congelación.

TEMPERATURA

• Debe tener un valor bajo de volumen específico en fase vapor

• y un valor alto de volumen en fase líquida.

VOLUMEN

• Debe tener un valor alto de calor latente de vaporización.

• Sus unidades son kcal/kg

• Para la mayoría de los refrigerantes, se considera que su entalpia es cero a una temperatura de saturación de -40°C.

ENTALPIA

• La mayoría de los refrigerantes en estado líquido, tienen una densidad más alta que el agua

• La densidad de cada refrigerante varía con la temperatura

DENSIDAD

Propiedades Físicas y Químicas

No debe ser tóxico ni venenoso.

No debe ser explosivo ni inflamable.

Debe ser un compuesto estable.

No debe tener efecto sobre otros materiales.

Fácil de detectar cuando se fuga.

Debe ser miscible con el aceite.

No debe reaccionar con la humedad.

CLASIFICACION DE UN REFRIGERANTE

CFC

-Se caracterizan por ser gases muy estables que persisten en la atmósfera muchos años

- Por tanto pueden llegar a la estratosfera donde destruyen la capa de ozono .

HCFC

-Son sustitutos a medio plazo de los CFC dada su menor agresividad con la capa de ozono.

Potencial de destrucción a la capa de ozono = 0,05.

HFC

-Derivados halogenados que no contienen cloro en su molécula oxidándose con gran rapidez en capas bajas de la atmósfera .

Potencial de destrucción a la capa de ozono= 0

pertenecen a este grupo y son el R-12 o diclorodifluormetano y el R-11 o triclorofluormetano.

Ejemplo: R-22 clorodifluormetano

Ejemplo R-152 o difluormetano.

•R407C y R410 :

s el que más se usa en instalaciones de Aire Acondicionado y bombas de calor

•R 404A,

Es el refrigerante que se usa en plantas de congelación donde se necesitan más bajas temperaturas.

•Amoniaco NH3 :

El amoniaco NH3 es usado normalmente en grandes plantas de refrigeración. El amoniaco tiene un olor característico incluso en pequeñas concentraciones con el aire. No arde, pero es explosivo cuando se mezcla con el aire en un porcentaje en volumen de 13-28. Es corrosivo el cobre y aleaciones de cobre no se pueden emplear en plantas de amoniaco.

•R-134:

Es usada como sustituto del refrigerante R-12. No contiene ningún átomo de cloro, responsable de la descomposición del ozono, según el estado actual de la ciencia. Por eso se le adjudica a esta sustancia el potencial 0, respecto a la destrucción del ozono.

•Son los principales responsables de la destrucción del ozono estratosférico, pues su estabilidad la que les hace ser tan peligrosos. Los CFCs son virtualmente indestructibles en la troposfera (cerca del suelo) y por eso difunden muy lentamente a la estratosfera pueden ser degradados por la radiación ultravioleta en átomos de cloro libres y diversos radicales. Es este cloro atómico libre el que destruye al ozono.

REFRIGERANTES Y LA CAPA DE

OZONO:

•Se ha estimado que por cada Cl se degradan 100 millones de moléculas de ozono, que son removidas de la atmósfera en prejuicio de la vida en la tierra.

Para evaluar el impacto que tienen sobre el ozono los CFCs, halones y productos similares se introdujo una nueva magnitud: el Potencial Destructor del Ozono (ODP). Se ha determinado en relación con el R-12, al que se ha dado arbitrariamente el valor de la unidad.

CONSUMO DE ENERGÍA • corresponde al proceso que se ha de refrigerar.

• Este consumo puede aumentar si el rendimiento del sistema de refrigeración no es óptimo debido a su configuración, lo cual puede dar lugar a un aumento de la temperatura del proceso

DIRECTO

• hace referencia a la cantidad de energía que consumen todos los equipos (bombas, ventiladores) del sistema de refrigeración. INDIRECTO

IMPACTOS: Nuestro actual modo de vida se basa en un modelo energético centrado en el consumo de combustibles fósiles (petróleo, gas y carbón) y en el uso irracional de la energía. Ello conlleva la emisión a la atmósfera de importantes cantidades de Gases de Efecto Invernadero (GEI), principales causantes del cambio climático.

Su uso produce la emisión de gases que resultan tóxicos para la vida.

Al ser utilizados contaminan más que otros productos que podrían haberse utilizado en su lugar.

Los combustibles fósiles no se regeneran fácilmente

Se produce un agotamiento de las reservas a corto o mediano plazo.

GENERACIÓN DE RUIDO

Las emisiones acústicas constituyen un problema local en las grandes torres de refrigeración de tiro natural y en todos los sistemas de refrigeración mecánica. Sin atenuación, los niveles de presión acústica oscilan entre 70 dB(A) en las torres de tiro natural y 120 dB(A) en las torres mecánicas. Estas variaciones se deben a la utilización de diferentes equipos y distintos puntos de medición (entrada o salida del aire). Las principales fuentes de emisión son los ventiladores, las bombas y la caída de agua.

FUGA DE REFRIGERANTES: •Debido a que la toxicidad de los refrigerantes fluorocarbonados es baja, las posibilidades de un accidente menor o muerte son de baja probabilidad. Sin embargo, no se debe de trabajar en áreas cerradas, ya que si se tiene un derrame o una fuga grande de gas, inhibirá la presencia de oxígeno. Riesgos de salud

•Inhalar gran cantidad de vapores es peligroso y puede ser mortal. Exponerse a niveles elevados de fluorocarbonados por arriba de los permitidos puede ocasionar síntomas de asfixia también es posible que se presente pérdida de coordinación psicomotriz, aumento del pulso cardiaco, sensibilización cardiaca, respiración más profunda o inconsciencia. INHALACIÓN

•El contacto del refrigerante líquido sobre la piel puede causar quemaduras por congelación, la cual se manifiesta con palidez o enrojecimiento, pérdida de sensibilidad o hinchazón. Se debe lavar la parte afectada con agua abundante durante 15 minutos. PIEL

•Destruccion de la capa de ozono

AMBIENTE

ALTERNATIVAS DE SOLUCION

Estrategias para preservar la capa de ozono protocolo de montreal y sus enmiendas

1987: Documento original: Reducción escalonada de CFCs. Eliminación en un lapso de 5 años.

1990: Enmienda de Londres: Eliminación total de CFCs adelantada a 1996 en países desarrollados. Reducción escalonada de HCFCs hasta su desaparición para el año 2030 en países desarrollados.

1995: Enmienda de Viena: Desaparición de HCFCs para el año 2020. Incluye a países en desarrollo en programa de reducción de CFCs y HCFCs:·

2010: Eliminación de CFCs. ·

2015: Congelación de niveles de HCFCs. ·

2040: Eliminación de HCFCs

Compromisos de reducción de sustancias destructoras del ozono (Protocolo de Montreal revisado)

Dentro de la política prevista en el Protocolo de Montreal para esta región, se han comenzado ha realizar las primeras medidas de control.

ESTRATEGIAS PARA PRESERVAR LA CAPA DE OZONO: RECICLAJE DE CFCS

Tanques de recuperación y reciclaje de CFC. Esta actividad ha permitido recuperar cantidades de estos productos, evitando así su emisión a la atmosfera (cali chimie).

ESTRATEGIAS PARA PRESERVAR LA CAPA DE OZONO. DESARROLLO DE REFIREGRANTES ALTERNATIVOS

MEDIDAS PARA REDUCIR EL CONSUMO DIRECTO E INDIRECTO DE ENERGÍA

Medidas para reducir el consumo indirecto de energía son:

- seleccionar la configuración que tenga menor consumo indirecto (en general, sistemas sin recirculación),

- aplicar un diseño con pequeñas aproximaciones, y

- reducir la resistencia al intercambio calorífico mediante un correcto mantenimiento del sistema de refrigeración.

Por ejemplo, si se trata de una industria eléctrica, al pasar a un sistema con recirculación se produce un aumento del consumo de energía de los equipos auxiliares, así como una merma de eficiencia en el ciclo térmico.

Medidas para reducir el consumo directo de energía son:

Para reducir el consumo directo, existen bombas y ventiladores más eficientes. Se puede reducir la resistencia y las caídas de presión en el proceso modificando el diseño del sistema de refrigeración o instalando eliminadores de deriva de baja resistencia y membranas termotécnicas especiales en las torres.

La correcta limpieza química o mecánica de las superficies es esencial para mantener baja la resistencia del proceso en funcionamiento.

MEDIDAS PARA EVITAR FUGA DE REFRIGERANTES

El mantenimiento preventivo regular ayuda a evitar el problema o a identificarlo en su inicio.

1. Los principales indicios de que hay fugas de gas son:

Pérdida de performance del refrigerador, con compresor funcionando;

Presencia de humedad en el compresor;

Presencia de aceite alrededor de una conexión.

Tenemos que saber respecto a los refrigerantes, sus modos de uso ,sus aspectos físicos y químicos a emplearse para dicha planta ya en cuestión de una evaluación si favorece el costo y entrar una producción brindada por parte de la empresa además de esto es conveniente usar para que el tiempo de vida útil del sistema de compresión de vapor ya sea más que todo el compresor no desarrolle trabajo forzosos .

La preservación de los diferentes recursos con que cuente la industria, depende del servicio que se le preste en la conservación, por lo que se debe de elaborar un programa en el que se estipule el tipo de servicio que se le debe de prestar a determinado equipo por medio de sus horas de servicio.

Se sugiere que durante el funcionamiento de las cámaras frigoríficas se sigan los protocolos para evitar perdida de energía innecesarias .

Se debe tener presente el tipo de refrigerante a utilizar, ya que según la aplicación, se debe de tener presente no solo sus características de temperatura, sino también el grado de toxicidad e inflamabilidad que estos pueden tener, para con ello tomar las medidas de seguridad en la utilización de determinado refrigerante.