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2019

POSCOSECA II REFIGERACIÓ N

ALVAREZ OSWALDO, CASTRO JAMES, COVO SCARLTEH, LOPEZ Ma. JOSE, ROMERO SUSSEX, SARMIENTO MAURICIO, UNIVERSIDAD DE SUCRE, ING. AGRICOLA 01/01/2019 ESTUDIANTES DE ING. AGRICOLA UNIVERSIDAD DE SUCRE, SINCELEJO-COLOMBIA Pá gina 1

Tabla de contenido

PORTADA 0 RESUMEN………………………………………………………………………………… …………………………………………………….2 INTRODUCCION 3 JUSTIFICACION 4 OBJETIVOS

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1. OBJETIVO GENERAL…………………………………………………………………………… ………………………………5 2. OBJETIVOS ESPECIFICOS ……………………………………………………………………………………… ……………5 MARCO TEORICO

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MATERIA Y METODOS 13 RESULTADOS Y ANALISIS…………………………………………………………………………………… …………………….18 1. TABLA DE DATOS OBETNIDOS EN LOS ENSAYOS…………………………………………………………….18 2. DETERMINACION DE % HUMEDAD Y GRAFICAS…………………………………………………………….22 3. ANALISIS DE LA DESHIDRATACION DEL TOMATE……………………………………………………………25 CONCLUSIONES………………………………………………………………………… …………………………………………..26 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS………………………………………………………………………… ……………………27

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RESUMEN La refrigeración, es un proceso por el que se reduce la temperatura de un espacio determinado y se mantiene esta temperatura baja con el fin, por ejemplo, de enfriar alimentos, conservar determinadas sustancias o conseguir un ambiente agradable, la refrigeración evita el crecimiento de bacterias e impide algunas reacciones químicas no deseadas que pueden tener lugar a temperatura ambiente. Este trabajo se hace con el fin de conocer sobre refrigeración, y los tipos de ciclos del mismo, entre los cuales esta el ciclo de mecánico y de absorción, se quiere saber su proceso de funcionamiento. PALABRAS CLAVES: Refrigeración, ciclo mecánico, ciclo de absorción, alimentos y refrigerantes.

ABSTRACT Refrigeration is a process by which the temperature of a given space is reduced and this low temperature is maintained in order, for example, to cool food, conserve certain substances or achieve a pleasant environment, cooling prevents the growth of bacteria and prevents some unwanted chemical reactions that may take place at room temperature. This work is done in order to know about refrigeration, and the types of cycles of the same, among which is the cycle of mechanical and absorption, you want to know the process of operation. KEYWORDS: Refrigeration, mechanical cycle, absorption cycle, refrigerants and food.

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INTRODUCCIÓN

Para hablar de refrigeración, debemos tener en cuenta que cumple un papel muy importante dentro del almacenamiento de los productos, además de ser una de las principales áreas de aplicación de la termodinámica, ya que es la transferencia de calor de una región de temperatura inferior hacia una temperatura. Los dispositivos que producen la refrigeración se llaman refrigeradores, seguidamente participan en el proceso lo ciclos denominados ciclo de comprensión mecánico, que consiste en forzar mecánicamente la circulación de un refrigerante en un circuito cerrado dividido en dos zonas: De alta y baja presión, con el propósito de que el fluido absorba calor del ambiente, en el evaporador en la zona de baja presión y lo ceda en la de alta presión, en el condensador, y el ciclo de absorción es un medio de producir frío que, al igual que en el sistema de refrigeración por compresión, aprovecha que las sustancias absorben calor al cambiar de estado, de líquido a gaseoso.

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JUSTIFICACIÓN

La refrigeración es un proceso consistente en bajar artificialmente la temperatura de un determinado ambiente o espacio cerrado; hoy en día es un aspecto fundamental en lo que respecta a la conservación de distintos alimentos y bebidas, permitiendo que los mismos tengan una duración extremadamente alta a la hora de ser aptos para su ingestión y consumo. En el pasado, la conservación de alimentos dependía especialmente del agregado de sal para desecar a los mismos, este proceso era utilizado especialmente con la carne, haciendo del elemento mencionado un instrumento de gran valor. No obstante, con el paso del tiempo comenzó a utilizarse el hielo también como una forma de retrasar el proceso de degradación de la comida. Después de tantos avances, existen distintos métodos técnicos para generar un proceso artificial de disminución de la temperatura en un ámbito cerrado, destacándose entre estos medios los ciclos de refrigeración ( Mecánico y Absorción), los cuales son eje fundamental en la conservación, este trabajo se hizo con el fin de estudiar sobre cada uno de los ciclos mencionados anteriormente y conocer cómo trabajan y su funcionamiento debido a que la refrigeración es un fenómeno indispensable para proveer de alimentos a sociedades cada vez más numerosas y complejas.

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OBJETIVOS OBJETIVO GENERAL

 Describir los conceptos de refrigeración y los tipos de ciclos de refrigeración presentes en ella.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

 Analizar el ciclo de Carnot e invertido de Carnot.  Analizar cada uno de los componentes que hacen parte del ciclo de refrigeración de comprensión mecánica (condensación, evaporación, compresión, válvula de expansión).  Estudiar el ciclo de refrigeración de absorción.

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MARCO TEORICO REFRIGERACIÓN La refrigeración es muy conocida por su aplicación en los equipos de aire acondicionado para edificios y para la producción, transportación y preservación de alimentos y bebidas. También tiene grandes aplicaciones en la industria como la producción de hielo y la deshumidificación de gases. Algunas aplicaciones importantes dentro de la Petroquímica se incluye la purificación de aceite lubricante, reacciones a bajas temperaturas, separación de hidrocarburos volátiles, entre otros. Y por supuesto una de las aplicaciones comerciales más importantes es la licuefacción de gases. (FLORES, 2012) La palabra refrigeración implica el mantenimiento de una temperatura menor que la de los alrededores. Esto requiere de una continua absorción de calor a un nivel de temperatura bajo, lo cual se logra por la evaporación de un líquido bajo un proceso continuo a régimen permanente. El vapor generado deberá regresar a su estado líquido original para ser nuevamente evaporado. Esto se logra por uno de dos métodos, donde en el primero se somete a una compresión y luego a una condensación; mientras que en el segundo método el vapor es absorbido por un líquido de baja volatilidad, a partir del cual es evaporado a alta presión. (FLORES, 2012). Cabe resaltar dentro del proceso de refrigeracion tenemos la funciòn de los refrigerantes que son los fluidos vitales en cualquier sistema de refrigeración mecánica. Cualquier substancia que cambie de líquido a vapor y viceversa, puede funcionar como refrigerante, y dependiendo del rango de presiones y temperaturas a que haga estos cambios, va a tener una aplicación útil comercialmente. ESTUDIANTES DE ING. AGRICOLA UNIVERSIDAD DE SUCRE, SINCELEJO-COLOMBIA Pá gina 7

Las propiedades más importantes del refrigerante que influyen en su capacidad y eficiencia son: 

El calor latente de evaporación



La relación de compresión



El calor específico del refrigerante tanto en estado líquido como de vapor

Para que un líquido pueda ser utilizado como refrigerante, debe reunir ciertas propiedades, tanto físicas, químicas y termodinámicas las cuales deben garantizar su aplicación DOSSAT Roy. (1981). Entre estas propiedades encontramos: 

Baja temperatura de Ebullición



Fácilmente manejable en estado líquido



Alto calor latente de vaporización



No inflamable, no explosivo, no tóxico



Químicamente estable



No corrosivo



Presiones de trabajo moderadas



Fácil detección y localización de perdidas



Inocuo para los aceites lubricantes

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

Bajo punto de congelación



Alta temperatura crítica



Moderado volumen específico de vapor



Bajo Costo

EL CICLO DE CARNOT

Se define ciclo de Carnot como un proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto, y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas, tal como se muestra en la figura.

Fig.1

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La representación gráfica del ciclo de Carnot en un diagrama p-V es el siguiente: Tramo A-B isoterma a la temperatura T1 Tramo B-C adiabática Tramo C-D isoterma a la temperatura T2 Tramo D-A adiabática.

Fig. 2

Ciclo de Carnot en el diagrama de Clapeyron (P y V)

En cualquier ciclo, tenemos que obtener a partir de los datos iniciales: 

La presión, volumen de cada uno de los vértices.



El trabajo, el calor y la variación de energía interna en cada una de los procesos.



El trabajo total, el calor absorbido, el calor cedido, y el rendimiento del ciclo.

CICLO DE CARNOT INVERTIDO

El ciclo de Carnot inverso es considerado como el estándar de comparación dentro de los ciclos de refrigeración existentes, dado que por ser ideal da el rendimiento máximo posible por un proceso cíclico. Este será el patrón de comparación al evaluar eficiencia y operación de todos aquellos ciclos mecánicos reales que transforman el calor o energía internas en trabajo mecánico. El ciclo de Carnot Inverso está compuesto por cuatro procesos totalmente reversibles que se ilustran en la figura que se muestra a continuación:

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Fig. 3 1) Una evaporación isobárica e isotérmico de 1 a 2 a una temperatura T2 donde se suministra al fluido una cantidad de calor Q. 2) Una comprensión isoentrópica o adiabática donde el refrigerante pasa de una temperatura T2 a una T3. (donde T3 > T2) al realizar un trabajo sobre el gas. 3) Una condensación isobárica e isotérmico de 3 a 4 a una temperatura T4, al ceder una cantidad de calor Q al receptor. 4) Una expansión isoentrópica o adiabática donde el fluido pasa de una temperatura T4 hasta la inicial T1 (donde T4 >T1). Imágenes del ciclo inverso de Carnot

Fig. 4

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CICLO DE REFRIGERACIÓN MECÁNICA O CICLO DE COMPRENSIÓN DE VAPOR

Fig. 5 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. •

Tipo de sistema: Cerrado

•

Transferencia de energía a través de las paredes.

•

Componentes: Compresor, Condensador, Dispositivo de expansión y Evaporador

El compresor La función del compresor en el ciclo de refrigeración es aspirar el vapor del evaporador y ayudarlo a entrar en el condensador. Este trabajo lo consigue mediante la aportación de una energía exterior, como es la electricidad. ESTUDIANTES DE ING. AGRICOLA UNIVERSIDAD DE SUCRE, SINCELEJO-COLOMBIA Pá gina 12

El condensador La misión del condensador es extraerle el calor al refrigerante. Este calor, en principio, es la suma del calor absorbido por el evaporador y el producido por el trabajo de compresión. La válvula de expansión La misión fundamental de la válvula de expansión en el ciclo de refrigeración es la de proporcionar la diferencia de presión establecida entre los lados de alta y de baja presión del circuito de refrigeración. La forma más simple para lograrlo es mediante un tubo capilar entre el condensador y el evaporador, de manera que este le produzca una pérdida de carga al refrigerante. Esta solución, del tubo capilar, es válida para pequeñas instalaciones, pero cuando se trata de regular grandes cantidades de refrigerante es conveniente el uso de la válvula de expansión. En tal caso se utilizan válvulas de expansión termostáticas, que utilizan un bulbo palpador que se coloca a la salida del evaporador, en contacto con la tubería, y que tiene en su interior una cantidad del mismo refrigerante que utiliza el circuito. Si se produce un enfriamiento del vapor que sale del evaporador, se enfría el bulbo y disminuye la presión que se transmite a la válvula, y ésta se cierra, por lo que llegará menos refrigerante al evaporador. Si llega menos refrigerante habrá más superficie de recalentamiento y aumentará la temperatura de recalentamiento. El evaporador Este elemento es un intercambiador de calor que, por sus necesidades caloríficas, absorbe calor del medio en el que se encuentra, con lo cual lo enfría. ESTUDIANTES DE ING. AGRICOLA UNIVERSIDAD DE SUCRE, SINCELEJO-COLOMBIA Pá gina 13

Normalmente es de circulación forzada de aire mediante ventilador, y se utilizan tubos de aletas para aumentar la superficie de intercambio. Llegados a este punto y sabiendo cuales son los principales elementos que forman el ciclo de refrigeración, ahora solo nos queda saber cuál es el comportamiento del refrigerante en dichos elementos. Comportamiento del refrigerante en el Ciclo de Refrigeración

Fig. 4  Situémonos en el punto 1 antes de la válvula de expansión en el que el refrigerante se encuentra en estado líquido a una cierta presión; su paso al evaporador lo controla la válvula de expansión termostática, cuyo funcionamiento está regulado por la temperatura y por la presión.

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Esta válvula le produce una pérdida de carga al refrigerante mediante una estrangulación brusca que hace que la presión descienda desde la que tenía en el punto 1 (salida del condensador), hasta la existente a la entrada del evaporador, entre el punto 2 y 3. La válvula es la que regula las dos partes del ciclo frigorífico, la zona de alta presión y la zona de baja presión. Esta bajada de presión en el evaporador hace que el refrigerante hierva y se produzca su evaporación, absorbiendo calor del recinto en que se encuentra a través del aire del mismo, y transfiriéndolo al líquido, que se va transformando en vapor en el interior de los tubos del evaporador, hasta que se evapora totalmente (final del punto 3) El refrigerante entra en el compresor a baja presión y temperatura, en forma de gas, es comprimido, aumentando su presión y su temperatura, donde comienza el punto 4. Ahora entra en el condensador y mediante la acción de un fluido exterior (agua o aire), se le extrae calor al refrigerante, lo cual produce un enfriamiento del mismo favoreciendo su condensación hasta alcanzar el estado líquido; a partir de aquí es impulsado de nuevo hacia la válvula de expansión donde se repite el ciclo frigorífico.

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CICLO DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN Un método diferente de mover calor (o refrigerar) se llama el ciclo de absorción; estos enfriadores utilizan calor como la fuente de energía. Los medios usuales de calefacción son, vapor o agua caliente que se originan de diferentes métodos; este aprovecha que las sustancias absorben calor al cambiar de estado, de líquido a gaseoso. La operación del sistema de absorción depende de dos factores: un refrigerante (agua) que hierve o evapora a una temperatura inferior a la del líquido que se enfría y un absorbente (bromuro de litio) que tiene gran afinidad con el refrigerante otra posibilidad 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. Refrigeración por absorción de amoniaco: El Amoníaco fue el primer refrigerante utilizado en plantas de refrigeración por medio de compresión mecánica en 1876 por Carl von Linde. Desde entonces, se ha venido utilizando en grandes plantas de refrigeración como son lecherías, cervecerías, rastros y otros lugares con grandes demandas de enfriamiento. Al día de hoy, el amoníaco permanece como el refrigerante más utilizado en sistemas de refrigeración industrial para procesar y conservar la mayoría de los alimentos y bebidas. El amoníaco ha estado en el liderazgo de los avances de la tecnología en refrigeración, siendo parte esencial del procesamiento, almacenamiento y logística de distribución de los alimentos. Una máquina frigorífica por absorción tiene por cometido desplazar energía térmica en forma de calor mediante la absorción de calorías. La más sencilla de ellas es la máquina de ciclo de efecto simple amoníaco - agua. En el generador la solución amoníaco / agua es

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llevada a ebullición, gracias a una aportación calorífica asegurada por un quemador que funciona a gas natural. El fluido refrigerante (amoníaco) se vaporiza y se separa del agua bajo una presión próxima a 20 bares luego es enviado hacia el condensador; en este, el amoníaco se condensa por enfriamiento gracias al aire exterior el amoníaco líquido se dirige hacia el evaporador, donde se detiene. La presión del amoníaco en el seno de este evaporador está próxima a los 4 bares. A causa de la variación de presión, el amoníaco se vaporiza absorbiendo las calorías del circuito de utilización (temperatura en el evaporador está próxima a los + 3 ° C) cámara de congelación; estos vapores de amoníaco pasan luego por el aparato de absorción, y son absorbidos por el agua proveniente de la separación amoniaco agua que se produjo en el generador. El costo del amoníaco por sí mismo es significativamente menor que el de los otros refrigerantes, y se requiere de una menor cantidad para la misma aplicación que otros refrigerantes y al ser una sustancia natural, no tiene una fecha límite en que se pueda producir o usar, a diferencia de otros refrigerantes sintéticos cuyo uso o producción está limitada a una cierta cantidad de años. Máquina de ciclo de doble efecto agua/bromuro de litio: La máquina de doble efecto agua / bromuro de litio permite un funcionamiento en modo frío o en modo calor (como la máquina efecto simple, pero con prestaciones muy superiores). La técnica es la misma, la pareja fluido refrigerante absorbente es lo que difiere. En el caso de estas máquinas, el fluido refrigerante es agua que cambiará de estado en el ciclo termodinámico. El absorbente es el bromuro de litio que es una sal muy ávida de agua y que absorberá el vapor de agua después de su paso en el evaporador.

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De manera que, si se comprime un gas y luego se descomprime bruscamente, se enfría notablemente; El sistema de refrigeración se basa en eso: Compresión - expansión. El compresor comprime y en el evaporador se expande. Las comparaciones de refrigeración por compresión de vapor refrigeración por absorción Ventajas 

Las máquinas de compresión, al estar muy estudiadas y comercializadas, obtienen unos valores de COP muy elevados, entre 2 y 4, por lo que producen entre 2 y 4 veces más energía frigorífica que la energía eléctrica (o mecánica) que consumen. Esto hace que las máquinas de compresión resulten muy competitivas y económicas.



Permite ahorrar la energía primaria.



Los fluidos utilizados en los ciclos de absorción, son totalmente inocuos para el medio ambiente.



Los costos del amoniaco son relativamente bajos en comparación a otros.



Pueden trabajar a temperaturas bajo 0.

Desventajas 

Las instalaciones de producción de frío por compresión de vapor suponen un alto porcentaje de consumo energético, y pueden suponer un alto impacto económico y medioambiental



Más ruidosas



No permite su utilización en automóviles.

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Aplicaciones 

Aire acondicionado automotor.



Industriales



Refrigerador, nevera o frigorífico.

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Enfriador de agua.

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Tanque de leche.



Cámara de refrigeración.



Aires acondicionados.



Plantas refrigeradoras convencionales de agua

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REFRIGERANTES Es cualquier cuerpo o substancia que actúe como agente de enfriamiento, absorbiendo calor de otro cuerpo o substancia. Desde el punto de vista de la refrigeración mecánica por evaporación de un líquido y la compresión de vapor, se puede definir al refrigerante como el medio para transportar calor desde donde lo absorbe por ebullición, a baja temperatura y presión, hasta donde lo rechaza al condensarse a alta temperatura y presión. Identificación de Refrigerantes Los refrigerantes se identifican por números después de la letra R, que significa "refrigerante". El sistema de identificación ha sido estandarizado por la ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). Es necesario estar familiarizado con los números, así como con los nombres de los refrigerantes. Clasificación de los refrigerantes 

Refrigerantes naturales: Son sustancias que se presentan de manera natural en la biosfera y, además, no dañan la capa de ozono y tienen un bajo o nulo valor de potencial de calentamiento atmosférico (PCA). Los principales refrigerantes de naturales utilizados hoy en día en la industria de la refrigeración comercial son: amoníaco, dióxido de carbono y los hidrocarburos.

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Fig.5 Reto de los refrigerantes naturales  Conseguir que estos sistemas sean igual de eficientes desde el punto de vista frigorífico.  Que presenten buenos índices de eficiencia energética.  Que tengan costos operativos asumibles. 

Refrigerantes sintéticos: Fluidos halocoarbonados tales como CFC, HCFC y HFC, Los refrigeradores empleados entre el año 1980 hasta 1929 empleaban gases altamente tóxicos (amoníaco, cloruro de metilo y dióxido de sulfuro) como refrigerantes. Varios accidentes fatales ocurrieron en la década de 1920 debido a la fuga de cloruro de metilo de los refrigeradores. Se inició en conjunto de tres corporaciones americanas la búsqueda de métodos menos peligrosos.

En el año 1928, se inventaron los refrigerantes CFC y HCFC como sustitutos para los refrigerantes altamente tóxicos y flamables. Los refrigerantes CFC y HCFC son un grupo de mezclas orgánicas conteniendo como elementos el carbono y el flúor, ESTUDIANTES DE ING. AGRICOLA UNIVERSIDAD DE SUCRE, SINCELEJO-COLOMBIA Pá gina 21

y, en muchos casos, otros halógenos (especialmente el cloro) e hidrógeno. La mayoría de los CFC y HCFC tienden a ser incoloros, sin olor, no flamables y no corrosivos. Debido a que los CFC y HCFC tienen poca toxicidad, su uso elimina el peligro de muerte por una fuga en un refrigerador. En solo pocos años, los compresores de refrigeradores que usaban CFC se volvió el estándar para casi todas las cocinas hogareñas. CHF: Consiste en una mezcla de cloro, flúor y carbono.

Fig. 6



Refrigerantes ecológicos: Contribuyen de manera importante no sólo a la preservación ambiental, sino también a la reducción del consumo de energía y a la seguridad. Impacto ambiental de los refrigerantes ecológicos Estos compuestos aportan de manera importante no sólo a la preservación ambiental, sino también a la reducción de consumo de energía y a la seguridad, previniendo riesgos de explosión y liberación al ambiente de elementos tóxicos. Cabe indicar que la mayor eficiencia también es un rasgo característico de los refrigerantes ecológicos, lo que aumenta el costo de los equipos que los utilizan.

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Refrigerantes ecológicos más usados  Amoníaco(R-717): Es el más usado, pues no degrada la capa de ozono ni contribuye al efecto invernadero. Tiene alta performance como refrigerante: alta conductividad térmica, que facilita la transferencia de calor. Por su alto calor latente de evaporación (10 veces superior al R-22, por ejemplo), la cantidad de refrigerante necesario en una situación dada es menor, lo que favorece su uso en aplicaciones de gran escala.

 R-410 A: Este compuesto aparece entre las sustancias de mayor presencia en el mercado, sobre todo en el área de aire acondicionado en reemplazo del R22. Para sustituir este compuesto en una época se utilizó bastante el R-407, pero su inestabilidad generó problemas en la aplicación, así es que hoy se usa muy poco.

 Ecofreeze 12: Este refrigerante se promueve como sustituto directo de los convencionales R-12 y R-134 A, con aplicaciones en refrigeración doméstica, comercial y aire acondicionado de automóviles.

 R-600 A (isobutano): Este es otro producto que tiene ventajas ecológicas considerables y actualmente se usa en equipos de refrigeración doméstica producidos por firmas europeas.

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CONCLUSIONES - Podemos concluir que los refrigerantes son fundamentales en el desarrollo de la vida del ser humano, ya que permiten tener el control sobre la temperatura en diversos aspectos necesarios desde el hogar hasta procesos industriales, también podemos decir que no todos los refrigerantes son recomendables ya que se ha llegado a la conclusión que algunos son nocivos para el ambiente. - Los instrumentos y métodos para mantener una temperatura adecuada de productos alimenticios son indispensables para la seguridad alimentaria de la población, así mismo la importancia que tienen los procesos termodinámicos en este campo.   -  Los componentes que desarrollan trabajo mecánico presentan la característica de subir o bajar la presión del refrigerante. -

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REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 

http://www.monografias.com/trabajos81/historia-refrigeracion/historia-

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https://es.scribd.com/document/338498647/Sistema-de-Refrigeracion-Mecanica

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http://www.maquinariapro.com/sistemas/sistema-de-refrigeracion.html

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