Principios de producción de frío

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REFRIGERACIÓN PRINCIPIOS DE LA GENERACIÓN DE FRÍO
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CONOCIMIENTOS BÁSICOS
INSTALACIÓN FRIGORÍFICA DE COMPRESIÓN
La instalación frigorífica de compresión es la más
frecuentemente utilizada para la generación de frío.
En este caso, se aprovecha el efecto de la gran absor-
ción de calor al evaporar un líquido. Cuando el vapor
se condensa, el calor se vuelve a desprender.
Mediante diversas presiones en la evaporación y
la condensación, se pueden ajustar los niveles de
temperatura para que se produzca un transporte de
calor del lado frío al caliente.
Como en este caso el refrigerante circula en un ciclo
cerrado, se denomina ciclo frigorífico. En lugar del
compresor de émbolo mostrado, también se pueden
utilizar compresores por chorro de vapor, turbocom-
presores, compresores de tornillo sinfín o compreso-
res helicoidales.
Como refrigerantes se utilizan líquidos de fácil ebulli-
ción como hidrofluorocarburos (HFC), propano, CO2
o NH3.
INSTALACIÓN FRIGORÍFICA DE GAS FRÍO
La instalación frigorífica de gas frío según el principio de Stirling se
utiliza para generar temperaturas extremadamente bajas. Se aplica
en casos como la licuefacción del aire o la refrigeración de cámaras
infrarrojas.
La instalación frigorífica de gas frío corresponde al conocido motor
Stirling, sin embargo, el sentido de giro es inverso. Así se invierte el
sentido del recorrido del ciclo y de la máquina motriz se produce una
máquina de trabajo que actúa como bomba de calor.
INSTALACIÓN FRIGORÍFICA TERMOELÉCTRICA
GENERADOR DE FRÍO VORTEX
INSTALACIÓN FRIGORÍFICA DE ABSORCIÓN
o fríoladoo fríolado
doladdolad
alienteca
En una instalación de absorción se utiliza amoníaco (NH3) como refri-
gerante. Al igual que en una instalación frigorífica de compresión, el
amoníaco líquido se evapora en un evaporador absorbiendo calor. El
amoníaco en forma de vapor se disuelve después en agua en un absor-
bedor. La solución de amoníaco se calienta para que salga amoníaco en
forma de vapor. El vapor de amoníaco se condensa en un condensador
para obtener de nuevo amoníaco líquido.
Para garantizar una diferencia de temperatura entre la evaporación y la
condensación debe darse una diferencia de presión. Esta se consigue
mediante una bomba para la solución o mediante un gas auxiliar (hidró-
geno H2). Si se utiliza un gas auxiliar, se puede prescindir de la bomba.
De este modo, la máquina frigorífica no posee componentes móviles. La
alimentación de energía motriz se realiza de forma totalmente térmica a
través del hervidor. El calentamiento del hervidor se lleva a cabo eléctri-
camente o con gas. También es posible utilizar calor residual o energía
solar.
aire fríío ireai
alienteca
aire comprimido
Una instalación frigorífica de compresión básica consta de un evaporador 2 en un espacio a refrigerar 1,
un compresor 3, un condensador 4 y un elemento de expansión 5.
PRINCIPIOS DE LA GENERACIÓN DE FRÍO
La instalación frigorífica de gas frío consta de un cilindro de trabajo 6 y un cilindro de desplazamiento 7.
En el cilindro de trabajo se comprime y expande alternativamente el gas útil (normalmente helio).
El gas caliente comprimido desprende su calor en el cambiador de calor. 4. Con la expansión, el gas se enfría
y absorbe calor en el lado frío 2 del cilindro de desplazamiento del espacio a refrigerar 1. Los émbolos de
desplazamiento 8 y de trabajo 6 se mueven respectivamente desfasados mediante un mecanismo de
manivela 5. El recuperador de calor 3 aumenta el rendimiento.
Las instalaciones frigoríficas termoeléctricas funcio-
nan con el efecto Peltier. El modo de funcionamiento
corresponde a la inversión de la conocida función de
la medición de temperatura del elemento térmico.
Con el elemento Peltier se utiliza un material especial
semiconductor.
Se pueden lograr temperaturas muy bajas, sin
embargo, el rendimiento se reduce notablemente con
una diferencia de temperatura ascendente.
Los elementos Peltier funcionan con corriente conti-
nua; la dirección de la corriente indica la dirección
del transporte de calor. Los elementos Peltier pueden
tanto refrigerar como calentar, se pueden controlar
fácilmente y no disponen dee
componentes móviles o
rellenos líquidos.
El generador de frío vortex o de tubo vorticial perte-
nece a las máquinas frigoríficas excepcionales. A partir
de un flujo de aire comprimido se crea, de la tempe-
ratura ambiente, un flujo de aire frío y otra de aire
caliente. El aire comprimido entra tangencialmente en
una cámara de turbulencia y aquí se desplaza en una
rotación rápida. En el centro de la turbulencia se forma
un flujo de aire frío, mientras que la capa externa de
la turbulencia se calienta. El aire frío se extrae en el
medio y puede servir para la refrigeración.
La ventaja de está máquina frigorífica consiste en
que se monta muy fácilmente, no posee componen-
tes móviles y no requiere de combustibles nocivos ni
alimentación eléctrica. El inconveniente, sin embargo,
es su bajo rendimiento.
vapor de amoníaco amoníaco líquido solución pobre en amoníaco
solución rica en amoníaco hidrógeno hidrógeno y vapor de amoníaco
Aquí presentamos
distintos principios
básicos de la gene-
ración de frío.
Distintos tipos de generación de frío
Instalación frigorífica de compresión
Instalación frigorífica de gas frío (principio de Stirling)
Instalación frigorífica de absorción
Generación de frío termoeléctrica (elemento Peltier)
Generador de frío vortex