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REFRIGERACIÓN Y LICUEFACCIÓN Capítulo 9 (Smith – Van Ness – Abott) Ponente: Mayta Casas Milagros

1. REFRIGERACIÓN La refrigeración es el proceso por el cual se logra transferir calor desde una zona de baja temperatura a una de alta, hecho que sería imposible según la 2da ley de la termodinámica, a menos que se utilice trabajo. 1.1 Ciclos de refrigeración a. Ciclo de Carnot inverso: es un ciclo reversible que opera en el sentido contrario a una máquina térmica. Posee 2 etapas isotérmicas y 2 adiabáticas este ciclo sirve como un patrón para el coeficiente de desempeño, puesto que brindará el valor más elevado, por tanto el más eficiente. Figura 1. Ciclo de Carnot inverso

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Donde: 𝛚: 𝐂𝐨𝐞𝐟𝐢𝐜𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 𝐝𝐞 𝐝𝐞𝐬𝐞𝐦𝐩𝐞ñ𝐨 |𝐐𝐜 |: 𝐂𝐚𝐥𝐨𝐫 𝐚𝐛𝐬𝐨𝐫𝐛𝐢𝐝𝐨 |𝐐𝐇 |: Calor desechado

b. Ciclo de compresión de vapor: este ciclo se plantea frente a los distintos inconvenientes que presenta el ciclo de Carnot invertido, para propósitos de refrigeración. Este ciclo aprovecha la entalpia de transformación de las sustancias al cambiar de fase líquida a fase de vapor.

Partes que componen un refrigerador sencillo: el evaporador, el condensador-enfriador, que es un serpentín con tubos con aletas ubicado en la parte posterior; el compresor que es un aparato cilíndrico que se ubica normalmente en la parte inferior de refrigerador y la válvula de expansión que es un tubo capilar.

Figura 2. Ciclo de compresión de Vapor

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ṁ

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Donde: 𝛚: 𝐂𝐨𝐞𝐟𝐢𝐜𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞 𝐝𝐞 𝐝𝐞𝐬𝐞𝐦𝐩𝐞ñ𝐨. ṁ: flujo másico.

c. Sistema de refrigeración por absorción: Los sistemas de refrigeración por absorción, implican la absorción de un refrigerante por un medio de transporte. El sistema de refrigeración por absorción más utilizado (para temperaturas por encima del punto de congelación del agua) es el bromuro de litio – agua, y para temperaturas más bajas es el sistema de amoniaco-agua, donde el amoniaco (NH3) sirve como el refrigerante y el agua (H2O) como el medio de transporte. Figura 3. Ciclo de compresión por absorción

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Donde: |𝐓𝐇 |: 𝐓𝐞𝐦𝐩𝐞𝐫𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞𝐥 𝐜𝐚𝐥𝐨𝐫 𝐚ñ𝐚𝐝𝐢𝐝𝐨 𝐝𝐞 𝐥𝐚 𝐟𝐮𝐞𝐧𝐭𝐞. |𝐓𝐬 |: 𝐓𝐞𝐦𝐩𝐞𝐫𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞𝐥 𝐜𝐚𝐥𝐨𝐫 𝐝𝐞𝐬𝐞𝐜𝐡𝐚𝐝𝐨 𝐚𝐥 𝐚𝐦𝐛𝐢𝐞𝐧𝐭𝐞. 𝐓𝐜: 𝐓𝐞𝐦𝐩𝐞𝐫𝐚𝐭𝐮𝐫𝐚 𝐝𝐞𝐥 𝐜𝐚𝐥𝐨𝐫 𝐚𝐛𝐬𝐨𝐫𝐛𝐢𝐝𝐨.

2. LICUEFACCIÓN Licuefacción o licuación de los gases es el cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado gaseoso al líquido, por acción de la temperatura y el aumento de presión, llegando a una sobrepresión elevada, hecho que diferencia a la licuefacción de la condensación. La licuación de los gases, fue descubierta por el físico y químico británico Michel Faraday en 1818. 2.1 Ciclo de Linde: El sistema de Linde-Hampson es un sistema de licuefacción de gases muy extendido en aplicaciones poco exigidas de criogenia debido a su sencillez y basa su funcionamiento en el Efecto Joule-Thomson. Los elementos básicos de este sistema son: compresor, cambiador de calor, válvula de expansión y cámara de licuación. -

Proceso: a. El gas entra al sistema a través del compresor, donde se le aplica trabajo. Tras el compresor el gas se encuentra comprimido y a temperatura ambiente. b. Entra a un preenfriador que bajará la temperatura del gas. c. A continuación el gas pasa por un intercambiador de calor donde se termina de enfriar. d. Después, el gas frío y comprimido se expande a través de una válvula hasta la presión ambiente, en esta expansión el gas se enfría aún más debido al efecto Joule-Thomsom (al disminuir la presión, disminuye la temperatura). e. Pasa a la cámara de licuación (separador), en esta cámara parte del gas entra en estado de líquido saturado y se extrae. f. El gas frío que no ha sido licuado se manda otra vez al intercambiador de calor situado antes de la válvula. El gas que sale del separador sale como vapor saturado, por lo que éste puede estar mucho más frío que el gas que sale del compresor, por lo que se puede utilizar para enfriar la

corriente gaseosa que pasa del compresor hacia la válvula de estrangulamiento. g. El gas que se utiliza en el intercambiador después se añade a la corriente que entra al compresor y el ciclo se repite.

Figura 4. Ciclo de Linde

Donde: Z: fracción de gas licuado