Principios básicos de la termodinámica y refrigeración

Calor o transferencia de calor: es un movimiento de energía ocasionado por una diferencia de temperatura.

Termodinámica: comenzó en el siglo XIX por necesidad de describir el funcionamiento de máquinas de vapor.

Principales leyes de la termodinámica:

• Primera ley: conservación de energía.
• Segunda ley: posibilidad o imposibilidad de ciertos procesos.

Para estudiar los procesos de aire acondicionado y refrigeración es necesario conocer la temperatura y la presión, que permitirán obtener otras propiedades como densidad, energía interna y entalpía. Estas se necesitan para calcular el calor (Q) y el trabajo (W).

Temperatura: medida de la energía térmica del movimiento aleatorio de las moléculas de una sustancia en equilibrio térmico.

Equilibrio térmico: si dos cuerpos M1 y M2 que están a temperaturas diferentes entran en contacto, fluirá calor desde el cuerpo más caliente al cuerpo más frío. Luego de un tiempo, ambos estarán en equilibrio térmico (T1=T2).

Principio cero de la termodinámica: "cuando un cuerpo A está en equilibrio térmico con otros dos cuerpos B y C, estos estarán igualmente en equilibrio térmico entre sí". Permite establecer escalas de temperatura. 0 °C (celsius) es el punto de congelación del agua y 100 °C es el de ebullición. Las escalas absolutas son Kelvin (para Celsius) y Rankine (para Fahrenheit). T(F)=1,8*T(C)+32; T(R)=T(F)+459,6; T(K)=T(C)+273,15.

Medidores de temperatura: utilizan diferentes fenómenos como la variación en el volumen o en el estado de los cuerpos, la variación de resistencia de un conductor, la variación de resistencia de un semiconductor y la fuerza electromotriz.

Termómetro de vidrio: consta, por ejemplo, de mercurio y al calentarse se expande y sube en el tubo capilar.

Termómetro bimetálico: utiliza diferencias de coeficientes de dilatación de dos metales diferentes.

Termistor: semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado y que presenta una curva característica lineal tensión-corriente.

Termopar: se basa en el efecto Seebeck (1821) de la circulación de corriente en un circuito formado por dos metales diferentes cuyas uniones se mantienen a distintas temperaturas.

Medidores de presión: barómetro, manómetro en "U" y manómetro de bourdon.

Densidad: masa por unidad de volumen.

Volumen específico: número de centímetros cúbicos por un kilo de sustancia.

Calor: es una forma de energía en tránsito, ya que nunca se mantiene estático, siempre va de cuerpos de mayor energía a menor.

Caloría: cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de un gramo de agua desde 14,5 °C hasta 15,5 °C.

Refrigerantes: cualquier cuerpo o sustancia que actúa como agente de enfriamiento absorbiendo calor de otro cuerpo.

Propiedades ideales de los refrigerantes: baja temperatura de ebullición, alto calor latente de vaporización, facilidad de detección de pérdidas, inocuidad para aceites lubricantes, bajo punto de congelación, no inflamabilidad, no toxicidad, alta temperatura crítica, no corrosividad, moderadas presiones de trabajo y bajo costo.

Criterios para seleccionar un refrigerante sustituto: duración en la atmósfera, potencial de agotamiento del ozono, índice total de recalentamiento, toxicidad e inflamabilidad, presión de trabajo, características de transferencia de calor, compatibilidad con otros materiales, miscibilidad con lubricantes.

Clasificación de los refrigerantes: naturales (amoníaco, anhídrido carbónico, hidrocarburos) y sintéticos (halógenos, parcialmente halogenados, denominados ecológicos).

Fluido puro: no cambia su composición cuando evapora o cuando condensa.

Mezclas: compuestas por más de un tipo de moléculas.

Criterios para elección de componentes de mezcla: presión de vapor, propiedades para transportar lubricantes, compatibilidad con lubricantes, rendimiento termodinámico, costo, inflamabilidad, toxicidad, estabilidad y alteración del medio ambiente.

Mezclas azeotrópicas: se comportan como una sustancia pura cuando cambian de fase, los componentes tienen la misma temperatura de evaporación a la presión de la mezcla.

Mezclas zeotrópicas: mezclas de sustancias químicas que mantienen algunas características de los componentes originales, el líquido/vapor tiene distinta concentración de componentes cuando se condensa/evapora.

Nomenclatura de los refrigerantes: R-134a, C2H2F4 (1) una unidad menos que el número de carbono, (3) una unidad más que átomos de hidrógeno, (4) número de átomos de flúor, (a) isómero, disposición de átomos diferentes.

Importante: la variación en la composición de la mezcla puede alterar las propiedades de la misma en circunstancias imprevistas, como una fuga.

Zeotropía en equilibrio líquido/vapor: el componente de mayor presión de vapor tendrá una concentración mayor en la fase de vapor, por encima de la fase líquida (fraccionalización).

Carga de refrigerante: el refrigerante puede cambiar de fase en el cilindro, en los azeotrópicos no hay problema, pero en los zeotrópicos puede haber cambios significativos.

Punto de burbujeo: cuando el líquido es subenfriado y es calentado aparece la primera burbuja de gas.

Punto de rocío: cuando el vapor es enfriado aparece la primera gota de líquido.

Conclusiones: la temperatura no permanecerá constante durante la evaporación o la condensación. La caída de presión en el evaporador tiende a neutralizar el deslizamiento, mientras que en el condensador la caída de presión aumenta el deslizamiento.

Consideraciones: sobrecalentamiento en la válvula de expansión (punto de rocío) y subenfriamiento de líquido (punto de burbujeo).

Ambiente: capa de ozono, sustancias agotadoras de capa de ozono, línea de rocío, línea de burbujeo, ozono, acción catalítica.

Protocolo de Montreal: prohibición de fabricación de CFC's desde el 1/1/16, reducción de producción de R-22 (HCFC) al 65% para el año 2004.

Efectos negativos: incremento en los casos de cáncer de piel, cataratas, afectación del fitoplancton en los mares y disminución de la productividad en las cosechas.

¿Qué es VRF?

La tecnología VRF (Volumen de Refrigerante Variable) es un concepto referido a equipos de aire acondicionado desarrollado especialmente para residencias amplias y edificios comerciales de medio y gran tamaño. Se trata de un sistema multi-split, en el que la unidad externa se encuentra ligada a múltiples unidades internas, que operan individualmente por ambiente, por medio de los llamados sistemas de expansión directa, en los que el refrigerante “intercambia” calor con el aire del ambiente y luego retorna para su condición inicial en el ciclo del sistema de refrigeración.

Funcionamiento: VRF es un sistema de aire acondicionado de expansión directa. En él, el aire del ambiente cambia el calor directamente con el refrigerante, gracias a la acción de un componente que llamamos evaporadora. Los equipos VRF, en resumen, son diferentes y altamente eco eficientes, principalmente porque con un único compresor ellos “abastecen” un número mayor de ambientes, en comparación a los equipos convencionales.

Diferencias con los sistemas convencionales: los sistemas VRF permiten que con una única unidad externa operen más de 30 unidades internas, las cuales pueden ser controladas individualmente. Además, las distancias de instalación entre las unidades externas e internas para el VRF no son tan limitadas como en el sistema convencional.

Ventajas del VRF: uniformidad en la capacidad de refrigeración ofrecida a cada unidad evaporadora, precio accesible, tecnología inverter, sistema de control avanzado, flujo de energía más eficiente y no necesita bombas.

Desventaja del VRF: en caso de fuga, el gas refrigerante puede desplazar el aire de una habitación e inundarla, por lo que se deben seguir las regulaciones de seguridad.