Capitulo I. Fundamentos de Refrigeracion y Climatizacion

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ING ANTONIO OSPINO MARTINEZ FOXMANCOL@HOTMAIL.COM
CAPITULO I. FUNDAMENTOS DE REFRIGERACION Y
CLIMATIZACION

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Tabla de contenido del capítulo
CAPITULO I. FUNDAMENTOS DE REFRIGERACION Y CLIMATIZACION ......................................... 1
1.1. REFRIGERACION....................................................................................................................... 6
1.2. APLICACIONES DE LA REFRIGERACION................................................................................ 6
1.2.1. REFRIGERACION DOMESTICA ........................................................................................ 7
1.2.2. REFRIGERACION COMERCIAL ........................................................................................ 7
1.2.3. REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL ........................................................................................ 8
1.2.4. REFRIGERACION MARINA Y DE TRANSPORTE............................................................. 8
1.2.5. ACONDICIONAMIENTO DE AIRE ...................................................................................... 8
1.2.6. CONSERVACION DE ALIMENTOS.................................................................................... 9
1.3. SISTEMAS DE REFRIGERACION.............................................................................................. 9
1.4. ESTADOS DE LA MATERIA .....................................................................................................10
1.4.1. ESTADO SÓLIDO..............................................................................................................10
1.4.2. ESTADO LÍQUIDO ............................................................................................................10
1.4.3. ESTADO GASEOSO .........................................................................................................11
1.4.4. ESTADO PLASMA.............................................................................................................11
1.5. COMPORTAMIENTO DE LA MATERIA....................................................................................11
1.6. ESTANDARES DE MASA, TIEMPO, LONGITUD, VELOCIDAD, ACELERACION, FUERZA,
ENERGIA, POTENCIA, CALOR............................................................................................................12
1.6.1. MASA ( m )..............................................................................................................................12
1.6.2. TIEMPO ( t ) ............................................................................................................................12
1.6.3. LONGITUD ( L ).......................................................................................................................12
1.6.4. FUERZA ( F )...........................................................................................................................13
1.6.5. ENERGIA ( E ).........................................................................................................................13
1.6.6. TRABAJO ( W ) .......................................................................................................................13
1.6.7. POTENCIA ( P ) ......................................................................................................................14
1.6.8. CALOR ( Q )............................................................................................................................14
1.6.9. CALOR ESPECÍFICO ( Ce ) ...................................................................................................16
1.6.9.1. CALOR ESPECIFICO A PRESION CONSTANTE ( CP ).................................................16
1.6.9.2. CALOR ESPECIFICO A VOLUMEN CONSTANTE ( CV )...............................................16
1.6.10. FORMULA GENERAL DEL CALOR SENSIBLE ..................................................................16
1.6.11. FORMULA GENERAL DEL CALOR LATENTE....................................................................17
1.6.12. FLUJO DE CALOR O POTENCIA CALORIFICA (
.
Q ).........................................................17
1.7. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS...................................................................................17
1.7.1. VOLUMEN ( VOL )....................................................................................................................18

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1.7.2. PESO.......................................................................................................................................18
1.7.3. DENSIDAD ( ρ ).......................................................................................................................18
1.7.4. VOLUMEN ESPECIFICO ( vS ):..............................................................................................19
1.7.5. CAUDAL O FLUJO VOLUMETRICO ( QVOL ) .........................................................................19
1.7.6. PESO ESPECIFICO ( γ ).........................................................................................................19
1.1.7. PRESION ................................................................................................................................20
1.7.7.1. PRESION ABSOLUTA.....................................................................................................20
1.7.7.2. PRESION BAROMETRICA .............................................................................................20
1.7.7.3. PRESION MANOMETRICA.............................................................................................21
1.7.8. TEMPERATURA ( T )..............................................................................................................22
1.7.9. FLUJO DE MASA (
.
m )...........................................................................................................22
1.8. EL PROBLEMA DE LA REFRIGERACION...............................................................................22
1.9. METODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR........................................................................23
1.9.1. CONDUCCION........................................................................................................................23
1.9.1.1. ANALOGIA ENTRE CONDUCCIÓN DE CALOR, CONDUCCIÓN ELECTRICA Y
SISTEMAS HIDRAULICOS. .........................................................................................................24
1.9.2. CONVECCION ........................................................................................................................24
1.9.3. RADIACIÓN.............................................................................................................................25
1.10. ECUACION DE ESTADO DE LOS GASES Y LEYES DE LOS GASES EN LA
REFRIGERACION.................................................................................................................................26
1.11. DIAGRAMAS PRESION – ENTALPIA Y TEMPERATURA – ENTROPIA ............................28
1.11.1. DIAGRAMA TEMPERATURA ENTROPIA ...........................................................................28
1.11.2. DIAGRAMA PRESION Vs ENTALPIA ..................................................................................30
1.12. DIAGRAMAS DE MOLLIER APLICADOS A LOS REFRIGERANTES .................................33
1.13. DIAGRAMAS APLICADOS AL CICLO BASICO DE REFRIGERACION ..............................36
1.14. DIAGRAMA TEORICO TEMPERATURA VS ENTROPIA EN REFRIGERACION BASICA .45
1.15. DIAGRAMA PRESION VS ENTALPIA TEÓRICO APLICADO AL CICLO BASICO DE
REFRIGERACION.................................................................................................................................45
1.16. DIAGRAMA PRESION ENTALPIA REAL DE UN PROCESO DE REFRIGERACIÓN POR
COMPRESION DE VAPOR...................................................................................................................46
1.17. CALCULOS DE SISTEMAS BASICOS BASADOS EN EL DIAGRAMA DE MOLLIER........48
1.17.1. CALOR QUE ABSORVE EL EVAPORADOR POR UNIDAD DE MASA ..........................50
1.17.2. CALOR EVACUADO POR EL CONDENSADOR POR UNIDAD DE MASA ....................51
1.17.3. CAUDAL MASICO DE REFRIGERANTE..........................................................................51
1.17.4. DESPLAZAMIENTO O CAUDAL VOLUMETICO TEORICO ............................................51
1.17.5. CALCULO DEL VOLUMEN REAL A ASPIRAR POR EL COMPRESOR .........................52
1.17.6. CALCULO POTENCIA FRIGORIFICA DEL CONDENSADOR O CALOR A EVACUAR
DEL CONDENSADOR ......................................................................................................................53
1.17.7. CALCULO POTENCIA FRIOGORIFICA EVAPORADOR O CALOR A ABSORVER EN EL
EVAPORADOR .................................................................................................................................53
1.17.8. CALCULO DEL C. O. P. ....................................................................................................53

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1.17.9. E.E.R..................................................................................................................................53
1.17.10. CALCULOS APOYADOS EN PROGRAMAS................................................................54
1.18. EFECTOS DE RECALENTAMIENTO Y SUBENFRIAMIENTO EN EL DIAGRAMA DE
MOLLIER55
1.18.1. RECALENTAMIENTO DE VAPORES A LA SALIDA DEL EVAPORADOR .....................55
1.18.2. RECALENTAMIENTO UTIL O SOBRECALENTAMIENTO DEL EVAPORADOR (
USEFUL SUPERHEAT )...............................................................................................................56
1.18.2.1. RECALENTAMIENTO AMBIENTAL..............................................................................58
1.18.2.2. RECALENTAMIENTO TOTAL.......................................................................................59
1.18.3. SUBENFRIAMIENTO DEL LIQUIDO REFRIGERANTE ...................................................61
1.18.3.1. SUBENFRIAMIENTO DE CONDESADOR ...............................................................61
1.18.3.2. SUBENFRIAMIENTO ADICIONAL............................................................................62
1.19. INTERCAMBIADORES DE CALOR LIQUIDO – VAPOR .....................................................65
1.20. PRESIONES DE TRABAJO EN EQUIPOS DEPENDIENDO DE NORMAS ESTABLECIDAS.
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1.21. CLASES DE SISTEMAS DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR............69
1.21.1. SISTEMAS DE EXPANSION DIRECTA O SECA .............................................................69
1.21.2. SISTEMAS INUNDADOS ..................................................................................................70
1.21.3. SISTEMAS RECIRCULADOS. ..........................................................................................72
1.21.4. SISTEMAS EN CASCADA ................................................................................................73
1.21.5. SISTEMA COMPRESION MULTIETAPA O POR ETAPAS..............................................75
1.21.6. SISTEMA COMPRESION MULTIPLE DIRECTA..............................................................76
1.21.7. CICLO DE REFRIGERACION POR ABSORCION. ..........................................................78
1.21.7.1. ABSORCION CON AMONIACO Y AGUA.................................................................78
1.21.7.2. ABSORCION CON LITIO BARIO O BROMURO DE LITIO Y AGUA .......................79
1.22. PROCESOS DE REFRIGERACION .....................................................................................79
1.22.1. PROCESO DE CONGELACION .......................................................................................79
1.22.2. PROCESO DE DESCONGELACION O DESHIELO.........................................................79
1.22.2.1. SISTEMAS DE DESCONGELACION O DESHIELO ................................................80
1.23. MEDICION DE PRESIONES EN UN SISTEMA....................................................................84
1.23.1. INSTRUMENTO PARA MEDIR PRESIONES EN LOS SISTEMAS DE REFRIGERACION
84
1.22.1.1. TIPOS DE MANÓMETROS...........................................................................................85
1.23.2. COMO MEDIR PRESIONES EN UN SISTEMA DE REFRIGERACION O
CLIMATIZACION...............................................................................................................................92
1.23.2.1. MEDICION DE LA PRESION DE SUCCION EN SISTEMAS DOMÉSTICOS DE
REFRIGERACION CON MANOMETRO ESTANDAR..................................................................94
1.23.2.2. MEDICION DE LA PRESION DE SUCCION EN SISTEMAS DOMÉSTICOS DE
REFRIGERACION CON MANOMETRO DE CUATRO VALVULAS. ...........................................96
1.22.2.2. VALVULA CARGA TIPO ROTALOCK O ROTOLOCK......................................................98
1.22.2.3 MEDICION DE PRESION DE SUCCIÓN EN EQUIPO DE CLIMATIZACION
DOMESTICOS CON MANOMETRO ESTANDAR..........................................................................102

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1.22.2.4 MEDICION DE PRESION DE SUCCIÓN EN EQUIPO DE CLIMATIZACION
DOMESTICOS CON MANOMETRO DE CUATRO VALVULAS. ...................................................105
1.22.2.5. MEDICION DE PRESION DE SUCCIÓN EN EQUIPO DE REFRIGERACION
COMERCIALES CON MANÓMETRO ESTANDAR........................................................................107
1.22.2.6. MEDICION DE PRESION DE SUCCIÓN EN EQUIPO DE REFRIGERACION
COMERCIALES CON MANÓMETRO DE CUATRO VALVULAS. .................................................109
1.22.2.7. MEDICION DE PRESION DE SUCCIÓN Y DESCARGA EN EQUIPO DE
REFRIGERACION COMERCIALES CON MANÓMETRO DE CUATRO VALVULAS. ..................111
1.24. MEDICION DE TEMPERATURAS EN UN SISTEMA.........................................................113

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1.1. REFRIGERACION
El concepto de refrigeración tiene que ver con la disminución de la temperatura de un cuerpo o una
sustancia. Otros conceptos tienen que ver no solo con la reducción sino con el mantenimiento de esa
temperatura por debajo de la del ambiente o entorno.
La aplicación de los procesos de refrigeración son tan antiguos como el hombre mismo, con el fin de
conservar los alimentos principalmente. Uno de los primeros “refrigeradores” primitivos fue el
permaflost o barro congelado; este método los hacían los primitivos hombres haciendo huecos en la
tierra, donde ubicaban los alimentos para después taparlos con el mismo barro o una combinación de
barro con piedras, constituyéndose en el primer “ refrigerador “ hecho por el ser humano.
Otro elemento empleado en refrigeración es el hielo, dicho refrigerante estaba muy extendido hasta
poco antes de la I Guerra Mundial, cuando aparecieron los refrigeradores mecánicos y eléctricos. La
eficacia del hielo como refrigerante es debida a que tiene una temperatura de fusión de 0 °C y para
fundirse tiene que absorber una cantidad de calor equivalente a 333,1 kJ/kg. La presencia de una sal
en el hielo reduce en varios grados el punto de fusión del mismo. Los alimentos que se mantienen a
esta temperatura o ligeramente por encima de ella pueden conservarse durante más tiempo.
El dióxido de carbono sólido, conocido como hielo seco o nieve carbónica, también se usa como
refrigerante. A la presión atmosférica normal no tiene fase líquida, y sublima directamente de la fase
sólida a la gaseosa a una temperatura de -78,5°C. L a nieve carbónica es eficaz para conservar
productos a bajas temperaturas mientras dura su sublimación.
En la refrigeración mecánica se obtiene un enfriamiento constante mediante la circulación de un
refrigerante en un circuito cerrado, donde se evapora y se vuelve a condensar en un ciclo continuo. Si
no existen pérdidas, el refrigerante sirve para toda la vida útil del sistema. Todo lo que se necesita
para mantener el enfriamiento es un suministro continuo de energía y un método para disipar el calor.
Los dos tipos principales de sistemas mecánicos de refrigeración son el sistema de compresión,
empleado en los refrigeradores domésticos grandes y en la mayoría de los aparatos de aire
acondicionado, y el sistema de absorción, que en la actualidad se usa sobre todo en los
acondicionadores de aire por calor, aunque en el pasado también se empleaba en refrigeradores
domésticos por calor.
1.2. APLICACIONES DE LA REFRIGERACION
Ahora hay numerosas aplicaciones para los procesos de refrigeración: Como ejemplos tenemos:
• Conservación de productos alimenticios.
• Transporte de alimentos
• Conservación de productos farmacéuticos.
• Acondicionamiento de aire
• Plantas secadoras
• Instalación de enfriamiento de agua
• Contenedores refrigerados.
• Procesos industriales.
• Bombas de calor
• Fábricas de hielo
• Liofilización.
De hecho es dificil imaginar la vida sin refrigeración y congelación, este impacto en nuestra existencia
es mucho más grande que lo que la gente se imagina. Las aplicaciones en refrigeración se han
agrupado en seis grandes categorías generales

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1.2.1. REFRIGERACION DOMESTICA
Este campo está limitado principalmente a refrigeradores y congeladores caseros. Sin embargo,
debido a que es muy grande el número de unidades en servicio, la refrigeración doméstica representa
una parte significativa de la refrigeración en general.
Las unidades domésticas son de tamaño pequeño teniéndose capacidades de potencia que fluctuan
entre 1/20 y ½ HP y los compresores son de sellado hermético.
1.2.2. REFRIGERACION COMERCIAL
Se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de unidades de refrigeración del tipo que se tienen
en establecimientos comerciales para su venta al menudeo, restaurantes, hoteles e instituciones que
se dedican al almacenamiento, exhibición, procesamiento y a la distribución de artículos de comercio.
Las capacidades de los compresores pueden variar de los ½ HP hasta los 5 HP. Los cuales pueden
ser herméticos o semiherméticos..
Ver video:
SISTEMAS DE REFRIGERACION COMERCIAL https://youtu.be/UKks3jc-LWA

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1.2.3. REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL
A menudo se confunde con la refrigeración comercial porque su división no está claramente definida.
Como regla general, las aplicaciones industriales son mas grandes en tamaño que las aplicaciones
comerciales y, la característica que las distingue es que requieren un empleado para su servicio.
Algunas aplicaciones industriales típicas son plantas de hielo, grandes empacadoras de alimento,
cervecerías, lecherías, etc. Las capacidades de los compresores son, por lo general de 5 HP en
adelante, pudiendo ser semiherméticos o abiertos.
1.2.4. REFRIGERACION MARINA Y DE TRANSPORTE
Se refiere a la refrigeración que se tiene en barcos de tipo pesquero, y barcos de transporte de
alimentos. La refrigeración de transporte se refiere al equipo de refrigeración utilizado en camiones,
containers, etc.
1.2.5. ACONDICIONAMIENTO DE AIRE
Concierne o se refiere a la condición del aire en algún área o espacio designado. Por lo general
involucra no únicamente el control de la temperatura del espacio, sino también de las condiciones de
humedad del mismo, filtrado y limpieza.
Las aplicaciones de acondicionamiento de aire son de dos tipos : las de confort o para uso industrial.

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1.2.6. CONSERVACION DE ALIMENTOS
Es uno de los usos más comunes, ya que la conservación de los alimentos es parte integral de la
actividad humana. Actualmente las grandes poblaciónes humanas requieren enormes cantidades de
alimentos, que son producidos en lugres apartados de dichas zonas.
1.3. SISTEMAS DE REFRIGERACION
Se puede efectuar la refrigeración por comprensión de vapor, por absorción y termoelectricidad.
El sistema de refrigeración que más se emplea es el de comprensión. En las máquinas de este tipo
constituye la parte central del sistema la bomba o compresor, que recibe vapor a baja presión y lo
comprime. Con esta operación se elevan considerablemente la presión y la temperatura del vapor.
Luego, este vapor comprimido y calentado fluye por el tubo de salida hasta el condensador térmico,
donde el vapor cede su calor al agua o aire frío que rodea al condensador. En esta forma su
temperatura desciende hasta el punto de condensación, y se convierte en líquido con la
correspondiente liberación de calor que ocurre en estos casos.
El agente frigorífico, en estado líquido, pasa del condensador hasta un receptáculo y de allí fluye por
un conducto o válvula, o el tubo reductor, disminuye la presión del líquido a medida que fluye dentro
del vaporizador para enfriarlo. Este vaporizador se haya en el espacio que desea refrigerar. El aire
tibio de este recinto le transmite, por contacto, al vaporizador parte de su calor, y hace que el líquido
se evapore. Como se ve este nuevo cambio de estado, de líquido a vapor, se efectúa aumentando la
temperatura. A continuación, aspira el compresor, por el tubo de succión, el vapor caliente del
evaporador, y, después de volverlo a comprimir, lo impulsa al condensador, como se explicó
anteriormente. Se repite así el proceso en ciclos continuos. En las grandes instalaciones
refrigeradoras se utiliza generalmente amoníaco como agente frigorífico, mientras que en los
refrigeradores domésticos se emplea anhídrido sulfuroso, cloruro de metilo y freón. Desde que se
comenzó a refrigerar mediante sistemas mecánicos se ha aumentado constantemente el número de
agentes frigoríficos, lo cual se debe a las investigaciones efectuadas por los químicos en su afán de
hallar nuevas sustancias con características apropiadas para responder a las necesidades planteadas
por los nuevos usos y tipos de instalaciones. Los refrigerantes sintéticos conocidos con el nombre de
freones, constituyen un buen ejemplo del resultado alcanzado gracias a las investigaciones
científicas.

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En el sistema de absorción se consigue el enfriamiento mediante la energía térmica de una llama de
gas, de resistencias eléctricas, o de la condensación del vapor de agua a baja presión. La instalación
tiene una serie de tubos de diversos diámetros, dispuestos en circuito cerrado, los cuales están llenos
de amoniaco y agua. El amoniaco gaseoso que hay en la instalación se disuelve fácilmente en el
agua, formando una fuerte solución de amoniaco. Al calentarse ésta en la llama de gas, o por otro
medio, se consigue que el amoniaco se desprenda en forma de gas caliente, lo cual aumenta la
presión cuando este gas se enfría en el condensador, bajo la acción de agua o aire frío, se produce la
condensación y se convierte en amoniaco líquido. Fluye así por una válvula dentro de evaporador,
donde enfría el aire circundante absorbiendo el calor de éste, lo cual produce nuevamente su
evaporación. A continuación, entra el amoniaco, en estado gaseoso, en contacto con el agua, en la
cual se disuelve. Esta fuerte solución de amoníaco retorna, impulsada por la bomba, al gasificador o
hervidor, donde la llama de gas se calienta, entonces vuelve a repetirse el ciclo.
Tanto el sistema de enfriamiento por absorción como el de compresión, están basados en los
cambios de estado del agente frigorífico. Ambos sistemas tienen condensador, vaporizador y el medio
adecuado para crear la presión necesaria que motive la condensación, tal como un compresor o una
fuente que produzca calor.
El sistema de termoelectricidad consiste en placas semicondutoras que al aplicarles un voltaje de tipo
directo, en un lado de la placa se torne caliente y el otro lado frío, este mecanismo aun es muy
ineficiente pero con el paso del tiempo se esta empleando en pequeños bebederos y neveras para
vehículos.
1.4. ESTADOS DE LA MATERIA
Toda materia conocida, existe de las tres formas físicas estados: Sólida, líquida o gaseosa. Hay
marcada diferencia entre estos estados físicos, a saber. Cambios de Estado de la materia. En la
siguiente tabla se presentan algunas características físicas de dichos estados.
Estado Sólido Líquido Gas
Volumen Definido Definido Indefinido
Forma Definida Indefinida Indefinida
Compresibilidad Incompresible Incompresible Compresible
Atracción entre
Moléculas
Intensa Moderada Despreciable
1.4.1. ESTADO SÓLIDO
En el Estado Sólido, las Moléculas ocupan posiciones fijas dentro de una Red Cristalina y su
movimiento se reduce a vibraciones. Las moléculas, átomos o iones que componen la sustancia
considerada están unidas entre sí por fuerzas relativamente intensas, formando un todo compacto.
La mayor proximidad entre sus partículas constituyentes es una característica de los sólidos y permite
que entren en juego las fuerzas de enlace que ordenan el conjunto, dando lugar a una red cristalina.
En ella las partículas ocupan posiciones definidas y sus movimientos se limitan a vibraciones en torno
a los vértices de la red en donde se hallan situadas. Por esta razón las sustancias sólidas poseen
forma y volumen propios.
1.4.2. ESTADO LÍQUIDO
En el Estado líquido el movimiento de las Moléculas se halla restringido. A nivel microscópico se
caracteriza porque la distancia entre las moléculas es sensiblemente inferior a la de los gases.

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Mientras que en un gas la distancia intermolecular media es igual o mayor que diez veces el tamaño
de la molécula, en un líquido viene a ser del mismo orden de magnitud que el diámetro molecular, y
sólo un poco mayor que en los sólidos. Eso explica que la densidad de los líquidos sea, salvo algunas
excepciones, sólo algo inferior a la de los sólidos.
La proximidad entre las moléculas hace que se dejen sentir fuerzas atractivas de interacción, que
evitan que una molécula pueda "escaparse" de la influencia del resto, como sucede en el estado
gaseoso, pero que les permite moverse deslizándose unas sobre otras. Por esta razón los líquidos no
poseen forma propia, sino que se adaptan a la del recipiente que los contiene, es decir, pueden fluir.
Sin embargo, el hecho de que las moléculas estén ya suficientemente próximas hace de los líquidos
fluidos incompresibles. Toda compresión lleva consigo una disminución de la distancia intermolecular,
y si ésta fuera apreciable entrarían en juego las fuerzas repulsivas entre los núcleos atómicos que se
opondrían a dicha compresión y la neutralizarían.
1.4.3. ESTADO GASEOSO
En el estado gaseoso las moléculas están muy separadas en el espacio. El Volumen real de las
moléculas individuales es despreciable en comparación con el volumen total del Gas como un todo.
Ejemplo Si un cilindro de un pie cúbico, que contiene vapor de agua o cualquier otro gas, se conecta
a un cilindro de 2 pies cúbicos, el vapor se expandirá para ocupar el volumen del cilindro mayor. Los
gases poseen las siguientes propiedades:
• Las fuerzas de atracción entre las moléculas son débiles o despreciables.
• Las moléculas poseen mucha libertad de movimiento.
• Las moleculas del gas tienden a ocupar todo el espacio del recipiente que los contenga.
• Los gases se pueden comprimir y descomprimir.
1.4.4. ESTADO PLASMA
Cuando se aplica grandes cantidades de calor, el gas comienza a estar un estado de gas
supercalentado, en ese momento, los electrones de la periferia de los àtomos del gas, comienzan a
desprenderse de los mismos, conviertièndose en atomos cargados eléctricamente o iones, por eso a
este nuevo estado se le denomina gas ionizante, adquiriendo propiedades eléctricas.
1.5. COMPORTAMIENTO DE LA MATERIA
Se conocen entonces varios cambios de estado de la materia y todos ellos ocurren por la absorción o
eliminación de calor:
• SOLIDIFICACION: Pasa de líquido a sólido.
• FUSION O LICUEFACCION: Pasa de Sólido a líquido.
• VAPORIZACION O EVAPORACION: pasa de líquido a vapor.
• CONDENSACION: Pasa de vapor a líquido.
• SUBLIMACION: Pasa de Sólido a vapor sin pasar por el estado líquido.
• SUBLIMACION INVERSA: Pasa de vapor a sólido sin pasar por el estado líquido.
Todos los cambios de estado tienen las siguientes características:
• Ocurren a temperatura constate.
• Suceden debido a la absorción o retiro de grandes cantidades de calor.

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1.6. ESTANDARES DE MASA, TIEMPO, LONGITUD, VELOCIDAD,
ACELERACION, FUERZA, ENERGIA, POTENCIA, CALOR.
1.6.1. MASA ( m )
Es la cantidad de materia que poseen los cuerpos. Sus unidades son Kilogramo masa ( SI ), Slug o
libra masa ( S ingles ).
Conversiones:
1 Slug = 14.59 Kg 1 Lbm = 453,59 grm 1 kgm = 2,205 Lbm
1.6.2. TIEMPO ( t )
Se mide en segundos, minutos, horas.
1.6.3. LONGITUD ( L )
En el sistema internacional ( SI ) la unidad de medida es el metro; en el sistema de medición ingles el
el pie ( FT ) o pulgadas ( inches ).

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Conversiones:
1 Ft = 0.3048 Mts 1 in = 2.54 cms 1 Yarda = 3 Ft
1 Milla = 5280 Ft 1 Milla = 1,61 Kms
1.6.4. FUERZA ( F )
Es toda acción que puede causar una deformación, desplazamiento o modificar el estado de
movimiento de un cuerpo.
Sus unidades comunes son Newton ( N ), Libras fuerza ( Lbf ), Kilogramos fuerza ( Kgf )
Conversiones:
1 Lbf = 4.448 N 1 Kgf = 9.8 N 1 N = 105
Dinas
1 Tonelada = 2000 Lb
1.6.5. ENERGIA ( E )
Es la capacidad que tiene un sistema para producir trabajo. Se mide por lo tanto, con las mismas
unidades de éste. Debido a su variada naturaleza, se pude encontrar energía mecánica ( trabajo ),
energía eléctrica, energía calorífica, energía química, energía lumìca, etc.
Sus unidades omunes son Juoles, Calorias, BTU, Ergios, FtLb
1.6.6. TRABAJO ( W )
Medida de la transferencia de energía que se produce cuando un objeto es movida cierta distancia
por la accion de una fuerza.
Trabajo ( W ) = Fuerza * Distancia recorrida = F * d

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Sus unidades comunes son: Jouls ( N*mts ); Lbf Ft ; Kgf Mts
Conversiones:
1 Kgf Mts = 9.8 J 1 Ft Lb = 1.356 J 1 Joul = 10
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Ergios
1.6.7. POTENCIA ( P )
Es la rapidez con que se realiza un trabajo o la eficiencia con que realiza un trabajo
Potencia ( P ) = Trabajo / tiempo = W/t
Sus unidades comunes son: Wattio ( W ) ; Ft Lb/Seg ; Caballos fuerza ( Hp ); BTU/Hr, Calorias/Hr,
Jouls/seg, Joul/Hr
Conversiones:
1 Ft Lb/Seg = 1.356 W 1 BTU/Hr = 0,293 Watt 1 HP = 550 Ft Lbf / Seg
1 Hp = 2545 BTU/Hr 1 Hp = 746 W 1 Watt = 3,413 BTU/Hr
1 Kw = 1000J/seg 1 Kw = 1.35 Hp 1 Kw = 3600 Kj/hr
1.6.8. CALOR ( Q )
El calor es energía en tránsito debido a la diferencia de temperaturas entre dos cuerpos, la cual
puede ya sea variar la temperatura de las sustancias o cambiar su estado. La unidad de calor que se
emplea comúnmente es la CALORIA, definida como la cantidad de calor necesaria para variar la
temperatura de 1 gramo de agua desde 14,5 ºC hasta 15.5 ºC. La unidad de calor en el sistema
ingles es el BTU ( BRITISH THERMAL UNIT ) y se define como el calor requerido para variar la
temperatura de 1 libra masa de agua desde 63 ºF hasta 64 ºF.

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Las unidades comunes de calor son:
1 Caloria = 4,1868 J 1 BTU = 778,16 Ft Lbf 1 BTU = 1055,07 J
1 BTU = 0,252 KCalorias 1 Kwatt Hr = 3413 BTU 1 Kcal = 1,1626 Watt Hr
El aumento o disminución de temperatura de una sustancia depende en gran medida de la cantidad
de calor añadido o retirado de la misma, o sea, a mayor calor añadido mayor temperatura y viceversa;
también depende de la masa de la sustancia, o sea, a mayor masa menor será el incremento o
decremento de temperatura. Pude decirse entonces que:
∆T ( 1 / m ) y ∆T ( Q ) por lo tanto se puede decir que ∆T ( Q / m )
Si se despeja Q se tiene que: Q = ∆T * m

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VER VIDEO:
CONCEPTO DE CALOR http://youtu.be/S649W2Yo_OY
1.6.9. CALOR ESPECÍFICO ( Ce )
Es el calor que tiene una sustancia por unidad de masa, en otras palabras, es la cantidad de calor
que se requiere, para que la unidad de masa de un cuerpo o sustancia varie su temperatura ya sea
en 1 ºF o 1ºC. Sus unidades comunes son:
KJ/Kg ºK o BTU/Lbm ºF
El calor especifico varia de sustancia a sustancia y depende si se hace a presión constante o volumen
constante.
1.6.9.1. CALOR ESPECIFICO A PRESION CONSTANTE ( CP )
Es el número de unidades de calor agregados por unidad de masa para aumentar la temperatura en
un grado cuando la presión se mantiene constante. Es el mas común en los cálculos de calor.
1.6.9.2. CALOR ESPECIFICO A VOLUMEN CONSTANTE ( CV )
Es el numero de unidades de calor agregados por unidad de masa para aumentar la temperatura de
un fluido en un grado cuando se mantiene constante el volumen.
Ambos calores específicos varían ligeramente con la temperatura en que se trabaje. Las unidades de
ambos son: BTU / Lbm ºR; JOUL/Kg º K
Conversiones
1 kJ/ ( Kg ºK ) = 0,2389 BTU/( Lbm ºF )
SUSTANCIA CP PROMEDIO EN BTU/Lbm ºF CP PROMEDIO en KJ/Kgm ºK
AGUA 1,0072 * 10-5
4,20
AMONIACO 1,09 * 10-5
4,7
PLACA DE VIDRIO 0,2 0,8
ASBESTO 0,195 0,816
1.6.10. FORMULA GENERAL DEL CALOR SENSIBLE
Por lo vista hasta el momento, si una sustancia se le transfiera calor a presión constante, esta
variación de temperatura depende en parte de la cantidad de masa de la sustancia y de las
características de la misma, se puede concluir entonces que:
Q = m * Cp * ∆T
Q = m * Cp * ( TFINAL – TINICIAL )
De lo anterior se deduce que si el calor nos da un valor positivo, implica que la temperatura final de la
sustancia es mayor que la temperatura inicial de la misma, por tanto se le ha agregado calor. Si el
calor nos da un valor negativo, implica que la temperatura final es menor que la inicial, por tanto se ha
retirado calor de la sustancia.

17
Para efectos de cálculo se emplea muchas veces el concepto de calor especifico, que no es nada
más que el calor por unidad de masa y sus unidades comunes son BTU/Lbm y Kcal / grm
q = Q/m q = [ m * Cp * ( TFINAL – TINICIAL ) ] / m
q = Cp * ∆T = Cp * ( TFINAL – TINICIAL )
1.6.11. FORMULA GENERAL DEL CALOR LATENTE
La fórmula del calor sensible no es aplicable ya que en el calor latente, se mantiene constante la
temperatura y por tanto el ∆T se hace cero ( 0 ). En el calor latente hay un cambio de fase de la
sustancia por tanto:
Q = m * L
Q = ( HFINAL – HINICIAL )
m: Masa de la sustancia
L: Calor latente a una presión dada
H: Entalpia de la sustancia a una presión y temperatura
dada
Para efectos de cálculo se emplea tambien veces el concepto de calor especifico, que no es nada
más que el calor por unidad de masa y sus unidades comunes son BTU/Lbm y Kcal / grm
q = Q/m q = ( HFINAL – HINICIAL ) / m
q = ( hFINAL – hINICIAL ), donde h es la entalpia especifica h = H/m
1.6.12. FLUJO DE CALOR O POTENCIA CALORIFICA (
.
Q )
Es el calor transmitido o transferido por unidad de tiempo.
.
Q = Q / t = q * ( m/t ) = q *
.
m
Sus unidades comunes son: Cal/Hr ; BTU/Hr; Tonelada de refrigeración.
OBS: En el caso de extracción de calor a un cuerpo o sustancia se le denomina Potencia Frigorífica.
Conversiones:
1 BTU/HR = 0,293
WATT
1 BTU/HR = 1.055
KJ/HR
1 BTU/HR = 0.252
KCAL/HR
1 BTU/HR = 778 FT
LBF/HR
1 KWATT = 3413
BTU/HR
1 KWATT = 1.341 HP 1 KWATT = 859.8
KCAL/HR
1 KWATT = 3600.7
KJ/HR
1 TR = 12000 BTU/HR 1 TR = 3.516 KWATT 1 TR = 4.715 HP 1 TR = 12660 KJ/HR
1 HP = 2545 BTU/HR 1 HP = 0.7457 KWATT 1 HP = 0.212 TR 1 HP = 2685 KJ/HR
1.7. PROPIEDADES DE LAS SUSTANCIAS

18
1.7.1. VOLUMEN ( VOL )
Es el espacio que ocupa un cuerpo.
Conversiones:
1 Litro = 1000 cms3
1 Litro = 0,0353 Ft3
1 Litro = 0,2642 Galones
1 Litro = 61,025 in3
1 Litro = 10-3
Mts3
1.7.2. PESO
Es la fuerza que ejerce la gravedad sobre la masa de los cuerpo. Sus unidades comunes son Newton
( N ), Libras fuerza ( Lbf ) y kilogramo fuerza.
Peso = Gravedad * Masa = g * m
1.7.3. DENSIDAD ( ρρρρ )
Es la relación de la masa de una sustancia entre el volumen que ocupa la misma sustancia, en otras
palabras se refriere al grado de compactación de la materia en una unidad de volumen. Sus unidades
comunes son Gramo/cms
2
; Lbm/ft
3
ρ = ( Masa / Volumen ) = m / VOL = 1 / VS
Conversiones:
1 3
Ft
Lbm
= 0,01602 3
cms
grm
1 3
Mts
Kg
= 0,06243 3
Ft
Lbm
1 3
In
Lbm
= 2,77 * 104
3
Mts
Kg

19
1.7.4. VOLUMEN ESPECIFICO ( vS ):
Es la relación entre el volumen que ocupa la masa de una sustancia, o sea, el inverso de la densidad.
Se puede deducir también como el volumen que ocupa la unidad de masa de la sustancia, o también
como el espacio que ocupa una unidad de masa. Es un concepto con el cual medimos indirectamente
el tamaño de las moléculas de las sustancias para el caso de los refrigerantes; a mayor densidad de
la sustancia, significa que el tamaño de las moléculas es pequeño y por tanto se pueden “acomodar”
más moléculas en el mismo espacio, haciendo que exista, por consiguiente mayor masa en ese
espacio. Para el concepto del volumen específico, al tener menor tamaño esa molécula, entones su
masa ocupa menos espacio y por consiguiente el valor del volumen específico es menor
vS = ( Volumen / Masa ) = VOL /m = 1 / ρ
1.7.5. CAUDAL O FLUJO VOLUMETRICO ( QVOL )
Es la cantidad de volumen de un fluido por unidad de tiempo. Sus unidades son Lts/ seg; Mts
3
/Hr
QVOL = ( Volumen / tiempo ) = VOL / t = m / ( t * ρ ) = (
.
m / ρ )
QVOL = ( Velocidad fluido * Area transversal del chorro fluido ) = V * A
1.7.6. PESO ESPECIFICO ( γγγγ )
Es la relación entre el peso de una sustancia y el volumen de la misma. Sus unidades comunes son:
N/Mts
3
; Lbf/Ft
3
.

20
γ = W / VOL = m g / VOL = ρ * g
1.1.7. PRESION
Es la relación entre la fuerza normal que actua sobre una superficie y el área de esa superficie. sus
unidades comunes son: Pa ( N / mts
2
); PSI ( Lbf / in
2
) ; Kgf/ cms
2
.
P = ( Fuerza / Area ) = F / A
Conversiones:
1 Bar = 105
Pa 1 Kgf / Mts2
= 9.8 Pa 1 Lb/in2
( PSI ) = 6895 Pa
1 PSI = 6895*10-5
Bar 14,22 PSI = 1 Kgf/cms2
1.7.7.1. PRESION ABSOLUTA
Es la presión que se muestra teniendo en cuenta la presión atmosférica y la manomètrica, también se
puede interpretar como la presión medida partiendo del vacio absoluto.
PRESION ABSOLUTA = PRESION ATMOSFERICA + PRESION MANOMETRICA
1.7.7.2. PRESION BAROMETRICA
Es la medida de la presión atmosférica. El instrumento que sirve para medirla se denomina
Barómetro. Para efectos de cálculo, muchas veces se iguala la presión de vacío con la presión
barométrica.
PRESION
FUERZA
PRESION
SUPERFICIE

21
PRESION BAROMETRICA = PRESION ATMOSFERICA
La presión atmosférica tiene un valor de:
1 atmósfera 760 mm Hg 14.7 Psi
101325 Pa 1,033 Kgf/cms
2
101325*10
-5
Bar = 1,01325 Bar
1.7.7.3. PRESION MANOMETRICA
Es la presión ejercida por el fluido en sí sin tener en cuenta la presión atmosférica. El instrumento que
sirve para medirla, se denomina Manómetro. Un manómetro se caracteriza principalmente porque su
medida comienza de cero a presión atmosférica
Fig 1. Manómetro de refrigeración.

22
PRESION MANOMETRICA = PRESION ABSOLUTA – PRESION ATMOSFERICA
Un manómetro mide la diferencia entre la presión medida y la atmosférica en el sitio. Un manómetro
empleado en refrigeración, también posee las unidades de vacío o presiones menores que la
atmosférica medida ya sea en pulgadas de mercurio o en centímetros de mercurio.
VER VIDEO:
DIFERENCIA ENTRE PRESION MANOMETRICA Y
PRESION ABSOLUTA
https://youtu.be/kUWOyXOrH08
1.7.8. TEMPERATURA ( T )
Es la medida de la cantidad de energía calorífica de un cuerpo. Las medidas comunes de
temperatura son Grado centígrado ( ºC ) el Grado Fahrenheit ( º F ), el Grado Kelvin ( ºK ) y el grado
Ranking ( ºR ).
Conversiones:
º K = ºC + 273,15 º F = 1.8 ºC + 32 ºR = ºF + 459,67 ºR = 1,8 ºK
1.7.9. FLUJO DE MASA (
.
m )
Es la cantidad de masa de un fluido que pasa por un conducto por unidad de tiempo. Sus unidades
comunes son: Lbm/seg; Kgm/Seg
.
m = ( Masa / Tiempo ) = Densidad fluido* Flujo = ρ * QV
1.8. EL PROBLEMA DE LA REFRIGERACION
Como lo que se desea en la refrigeración es la disminución de la temperatura de un cuerpo o
sustancia, ya se sabe que si un cuerpo pierde calor, entonces su temperatura disminuye e inclusive
puede cambiar a un estado de la materia donde sus moléculas estén más unidas; si un cuerpo gana
calor, entonces experimenta un aumento de su temperatura o puede cambiar a un estado de la
materia donde sus moléculas estén mas separadas. De acuerdo a la perdida o ganancia de calor se
tienen las siguientes posibilidades:
• CALOR RETIRADO < CALOR SUMINISTRADO + CALOR GENERADO
En este caso, el calor que no es retirado se queda en el cuerpo del objeto o sustancia, dicho calor
acumulado eleva la temperatura del mismo.

23
• CALOR RETIRADO = CALOR SUMINISTRADO + CALOR GENERADO
En este caso, no hay acumulación ni perdida de calor en el cuerpo del objeto o sustancia, por tanto la
temperatura del mismo queda estable.
• CALOR RETIRADO > CALOR SUMINISTRADO + CALOR GENERADO
En este caso, se retira mucho calor en comparación con el generado y el suministrado, por tanto el
cuerpo pierde calor y por tanto reduce su temperatura.
De acuerdo a lo anterior, para refrigerar un cuerpo o sustancia, debe colocarse al lado de otro con
menor temperatura para que pueda perder calor.
Ver video:
EQUILIBRIO DE CALOR EN UN RECINTO http://youtu.be/SVhVYxAmIVU
1.9. METODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Se había dicho que el calor es la energía en transito que ocurre cuando hay una diferencia de
temperatura entre dos o mas sustancias o cuerpos. El calor se transmite desde la sustancia con
mayor temperatura hasta la de menor temperatura hasta que exista un equilibrio térmico. El calor se
trasmite por varios medios entre los que están:
1.9.1. CONDUCCION
La conducción se define como el flujo calor entre cuerpos sólidos en contacto. Los primeros adelantos
relacionados con la conducción de calor , se deben, en gran parte, a los estudios del matemático
francés Fourier, que propuso la ley que lleva su nombre.
Q = - K A ( dT/dx )
∫Q dx = - ∫ K A dT
∫
L
0
dxQ = - K A ∫
T2
T1
dT
Q =
L
)T-T(AK 21
Donde:
Q : Razón o flujo de calor en BTU/hr o Watt
A: Area normal al la dirección del flujo de calor.
T2: Temperatura mayor de donde comienza el flujo de calor.
T1: Temperatura menor hacia donde se dirige el flujo de calor.
K: Conductividad térmica del material a través del cual pasa el flujo de calor en ( BTU/Hr Ft ºF ) o (
W/Mts ºC )
Y
T1 Q T2
L X

24
Para efectos de conversión de unidades:
1
FºFtHr
BTU
= 1,7303
CºMts
W
1.9.1.1. ANALOGIA ENTRE CONDUCCIÓN DE CALOR, CONDUCCIÓN ELECTRICA Y
SISTEMAS HIDRAULICOS.
Si un resistor eléctrico que tiene un valor de resistencia constante R, tiene una diferencia de voltaje V,
que se imprime a través de él, se sabe por experiencia que fluirá una corriente eléctrica I, a través del
dicho resistor. La magnitud de la corriente varia linealmente con la magnitud de la diferencia de
voltaje impresa a través del resistor. Una situación análoga se encuentra en el caso del flujo de agua
que emana de un grifo a baja velocidad. Extendiendo esta analogía al caso de flujo de calor a través
de una pared, es posible encontrar las siguientes comparaciones:
• La diferencia de temperatura a través de la pared representa la diferencia de potencial o la
fuerza de empuje.
• Q representa al flujo de corriente I.
• ( L / K A ) que aparece en la ecuación de Q, representa la resistencia térmica al flujo de3
calor por conducción.
En conclusión:
V = I * R análogamente ( T2 – T1 ) = Q ( L / KA )
Donde :
V ≅ ( T2 – T1 )
I ≅ Q
R ≅ ( L / KA )
1.9.2. CONVECCION
Se refiere al flujo de calor entre una superficie y un fluido en contacto con dicha superficie, en la
medida que exista una diferencia de temperatura entre las mismas. Por ejemplo, considere una pared
caliente vertical y en contacto con un fluido muy frío. Con el transcurso del tiempo, el fluido en
contacto inmediato con la pared se calienta por conducción, provocando que el fluido se haga menos
denso. Debido a la diferencia de densidades, se obtiene una fuerza de flotación resultante,
provocando que el fluido más ligero se eleve y lo reemplace otra cantidad de fluido más frío,
repitiéndose continuamente este proceso. Puesto que el movimiento de fluido queda establecido por
fuerzas naturales, a este tipo de convección se le llama LIBRE o NATURAL. Si en la pared del
ejemplo mencionado se colocara a funcionar un ventilador, entonces la fuente externa ( el ventilador )
provocaría el movimiento del fluido, dando como resultado una convección FORZADA. En la práctica,
se emplea la siguiente expresión para determinar razones de transferencia de calor por convección:
Q = h A ( Tsuperficie - Tα )
Donde:
Q: Calor transferido en BTU/Hr o Watt
A: Area de la superficie
Ts : Temperatura de la superficie
Tα : Temperatura del fluido circundate.
H : Coeficiente convectivo de transferencia de calor en ( BTU/Hr Ft
2
ºF ) o ( W / Mts
2
ºC )
Para efectos de conversión:

25
1 ( BTU/Hr Ft
2
ºF ) = 5,6783 ( W / Mts
2
ºC )
Se puede introducir el concepto de resistencia térmica para el flujo de calor por convección en forma
semejante como se hizo anteriormente:
Q = h A ( Tsuperficie - Tα ) Q = ( TS - Tα ) / ( 1 / h A ) Rconevccion = ( 1 / h A )
Se pueden combinar ambos fenómenos en función de sus resistenciaa térmicas. Se analiza a
continuación una pared en la cual ocurre transferencia de calor por conducción y después una
convección con el fluido circundante:
En este caso tenemos la resistencia térmica de
la pared y la resistencia térmica por
convección. Ambas se comportan como
resistores en serie, por tanto su resistencia
equivalente se halla de la suma de sus
resistencia térmicas:
Rtotal = Rconvección + Rconduccion + Rconvección
Rtotal = ( 1 / h1 A ) + ( LA / KA AA ) + ( 1 / h2 A )
La ecuación de flujo de calor quedaría: Q = ( T2 - Tα ) / [( 1 / h1 A ) + ( LA / KA AA ) + ( 1 / h2 A ) ]
1.9.3. RADIACIÓN
En la radiación, no se requiere que exista un fluido para que las superficies intercambien calor. Los
líquidos, sólidos y algunos gases emiten radiación térmica como resultado de sus temperaturas. Un
emisor ideal, que se llama CUERPO NEGRO, emite radiación térmica de acuerdo a la ecuación de
Stefan – Boltzman:
eb = σ T
4
Donde:
eb : Potencia emisiva del cuerpo negro, y es la energía emitida por unidad de
área de la superficie y unidad de tiempo.
σ : Constante de Stefan – Boltzman
T : Temperatura en grados absolutos.
T ( º R ) = T ( º F ) + 460º T ( º K ) = T ( º C ) + 273º
σ = 0,1713 * 10
-8
( BTU / Hr Ft
2
º R
4
) = 5,668 * 10
-8
( W / Mts
2
ºK
4
)
Las superficies No negras radian de acuerdo a la ecuación:
e = ε eb Donde:
ε : Emisividad, que es una propiedad de la superficie emisora y varia desde 0
hasta 1 para un cuerpo negro
Con el fin de calcular la energía radiante que gana una superficie, se define una cantidad, F1 – 2 que
se llama FACTOR DE CONTORNO y es la fracción de energía que sale de la superficie 1 y se dirige
a la superficie 2. una vez conocidos el factor de contorno, la potencia emisora de cuerpos negros y las
propiedades de radiación de las superficies que intercambia energía radiante, se puede determinar la
razón de ganancia o pérdida de energía radiante de una superficie y la razón de intercambio radiante
entre superficies. Por ejemplo, considere que la superficie 1 posee una emisividad constante y que se
encuentra completamente encerrada por la superficie 2. Si la superficie 2 es negra y/o si el área de la
T2 KA Tα
Q
LA

26
superficie 2 es mucho mayor que el área de la superficie 1, entonces la razón neta de pérdida de
energía radiante de la superficie 1 se puede calcular con la ecuación:
Q = A1 ε1 ( eb1 – eb2 ) Donde ε1 es la emisividad de la superficie 1.
Como conclusión general de analizar los tres procesos se pude analizar que:
• La transferencia de calor es directamente proporcional a la diferencia de calor entre los
elementos involucrados.
• El tipo de material por el cual se trasmite el calor influye en la cantidad del mismo.
• El área transversal al flujo de calor es directamente proporcional al flujo del mismo.
Ver video:
METODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR http://youtu.be/zR7qDeqF0aA
1.10. ECUACION DE ESTADO DE LOS GASES Y LEYES DE LOS
GASES EN LA REFRIGERACION
P V = m R T R = Ř / M
Ř = 1,986
KºMolKgm
Kcal
Ř = 847,7
KºMolKgm
mtsKgf
Ř = 1,986
RºMolLbm
BTU
Ř = 1545
RºMolLbm
FtLbf
Donde:
R: Constante para un gas en particular.
M: Peso molecular del gas en Kgm/Kmol o
KLb/Kmol
Ř: Constante universal de los gases.
T: Temperatura en grados absolutos.

27
(Ř = 10,73
RºMolLbm
FtPsi 3 m: Masa del gas.
P: Presión del gas absoluta.
V: Volumen del gas
De lo anterior, se deduce que para dos estados en el tiempo de un gas se tiene que:
PINICIAL VINICIAL = m R TINICIAL y PFINAL VFINAL = m R TFINAL
Como m*R es una constante en ambas situaciones, se pueden igualar las mismas con el siguiente
resultado:
{ ( PINICIAL VINICIAL )/ TINICIAL } = { ( PFINAL VFINAL )/ TFINAL }
Uno de los aspectos más importantes de la ecuación de estado radica en la relación directa que tiene
la presión con la temperatura y el volumen del mismo gas:
• A mayor presión, el gas contenido en un recipiente experimenta un aumento en su
temperatura.
• A menor presión, el gas contenido en un recipiente experimenta una disminución en su
temperatura.
Por lo anterior si se desea obtener un fluido con baja temperatura, hay que disminuirle la presión.
Al de entrar de lleno en la ecuación de estado, hay que recordar algunas leyes como:
• Ley de Dalton o presiones parciales: Indica o relaciona que si hay dos o mas gases dentro
de un recipiente, la presión total de la mezcla de gases es la suma de las presiones individuales de
cada gas componente de la mezcla.
Presion total de la sustancia = Presión gas 1 + Presión gas 2 + …+
Presión gas n
• Ley de Charles: Expresa que si se mantiene la presión de un gas constante, y se le adiciona
calor, este aumenta su volumen y temperatura; si se le quita calor, el gas disminuye su temperatura y
volumen. en otras palabras, a presión constante el volumen de la sustancia es directamente
proporcional a la temperatura de la misma
( V1/T1 ) = ( V2/T2 )
• Ley de Gay Lussac: Expresa que si se mantiene un volumen constante de una sustancia, y
se le adiciona calor, aumenta la temperatura y aumenta su presión; si se le quita calor, el gas
disminuye su presión en otras palabras, a volumen constante la presión de la sustancia es
directamente proporcional a la temperatura de la misma.
( P1/T1 ) = ( P2/T2 )
• Ley de Boyle: Expresa que si se mantiene la temperatura de un gas constante, si se
aumenta su volumen, èste disminuye su presión y viceversa.
P1*V1 = P2*V2
Ver video:

28
ECUACION DE ESTADO Y LA REFRIGERACION http://youtu.be/PHjwl7nkXpI
1.11. DIAGRAMAS PRESION – ENTALPIA Y TEMPERATURA –
ENTROPIA
En refrigeración generalmente se manejan dos variables, la temperatura y la presión. Con ambas
propiedades se construyen dos diagramas:
1.11.1. DIAGRAMA TEMPERATURA ENTROPIA
La entropía ( S ) es una medida de la irreversibilidad de los procesos que se realizan; un proceso es
isoentrópico en la medida que es un proceso perfecto sin perdidas o sea, un proceso ideal done el
SINICIAL es igual al SFINAL . Las unidades de entropía es el BTU, pero generalmente se trabaja con el
valor de la entropía específica ( s ) cuyas unidades son BTU/Lbm ºR.
s = S / m 1 BTU/Lbm ºR = 1 Kcal/Kgm º K
Fig 2. Diagrama Temperatura Entropia.
Para una sustancia cualquiera se construye el diagrama T Vs S ubicando en el eje vertical se ubican
los datos de temperatura y en el eje horizontal los valores de entropía S o de entropía específica s. La
campana divide la fase de la sustancia en Liquida, Mezcla o la zona donde ocurre el cambio de fase y
la fase gaseosa o de vapor.
Las curvas de presiones absolutas van en ascenso a medida que nos subimos en el diagrama y en
descenso a medida que nos bajamos en el diagrama. Para cada presión absoluta se tiene una
temperatura de saturación que es la temperatura a la que ocurre un cambio de estado, ya sea el
proceso de evaporación o de condensación a temperatura constante a la presión indicada ( en los
procesos de cambio de estado, la temperatura se mantiene constante ). El valor de dicha temperatura
se puede hallar en las tablas del vapor saturado de la sustancia, en las tablas del vapor recalentado
TEMP PUNTO
CRITICO PALTA =CTE
FASE
LIQUIDA E
FASE
TEMP VAPOR
SATURACION B C D
A PBAJA
MEZCLA
LIQUIDO+VAPOR
TEMP
SATURACION
LINEA LINEA
SATURACIONLIQUIDA SATURACIONVAPOR
S
ENTROPIA
DIAGRAMADETEMPERATURA

29
de la sustancia o en los manómetros que miden las diferentes presiones. De acuerdo con lo
expresado anteriormente una sustancia puede tener 5 características:
Punto A: Se esta en la zona de liquido a una presión alta. La temperatura del punto a por ser menor
que la temperatura de saturación a la presión dada, se le denomina LIQUIDO SUBENFRIADO.
Punto B: Se esta en la línea del líquido saturado a la temperatura de saturación para la misma
presión, por tanto se le denomina LIQUIDO SATURADO. En este punto cualquier adición de calor , la
sustancia experimenta un cambio de fase ( evaporación ).
Punto C: Se esta en pleno cambio de fase a la temperatura de saturación para la presión dada. El
factor característico de un cambio de fase es que la temperatura se mantiene constante. Cuando
existe una sustancia en donde una parte de ella esta en forma líquida y la otra en forma de vapor,
como en este punto, se define su CALIDAD como la porción de masa de vapor a la masa total de la
sustancia. La calidad sólo existe en cambio de fase.
CALIDAD ( X ) =
sustanciatotalMasa
vapordeMasa
*100%
Donde:
Masa total sustancia = Masa Vapor + Masa
Liquido
Punto D: Se ha completado el cambio de fase y se esta en la línea del vapor saturado, por tanto, se le
denomina VAPOR SATURADO. En este punto cualquier eliminación de calor, la sustancia
experimentara un cambio de fase ( condensación ).
Punto E: Se esta en la zona de vapor pero a una temperatura mayor que la de saturación, por tanto
se le denomina VAPOR RECALENTADO.
Calor latente: Se da del punto B al D.
Calor sensible: Se da del punto A al B y del D al E.
En el diagrama se puede observar el PUNTO CRITICO, es el punto en el cual a dicha presión la
sustancia se vuelve inestable y por lo general no se recomienda trabajar bajo estas condiciones.
Fig 3. Comportamiento del agua a presión constante diagrama Temperatura Entropia.

30
Del diagrama se pueden obtener las siguientes conclusiones:
• A mayor presión del fluido, mayor será la temperatura a la que cambia fase ( temperatura de
saturación ).
• A menor presión del fluido, menor será la temperatura a la que cambia fase ( temperatura de
saturación ).
• La temperatura de condensación es la misma de evaporación a la presión dada.
• Si hay miles de presiones miles de temperaturas de cambio de fases existirán.
1.11.2. DIAGRAMA PRESION Vs ENTALPIA
La entalpía ( H ) es una medida de la cantidad de calor que tiene almacenada una sustancia de
acuerdo a una temperatura y a una presión absoluta dada. Las unidades de entalpía es el BTU, pero
generalmente se trabaja con el valor de la entalpía específica ( h ) cuyas unidades son BTU/Lbm.
h = H / m 1 BTU/Lbm = 1.8 Kcal/Kgm = 7,5348 KJ/Kgm
Fig 4. Comportamiento del agua a presión contante diagrama Presion Entalpía
El diagrama Presión entalpía es similar al de temperatura entropía, tiene las mismas zonas de fases,
las mismas líneas de saturación pero ahora se trabaja con las variable de presión y entalpía. Las
líneas de presión son ahora completamente horizontales y no hay forma de ubicar temperaturas por
eso se recomienda el uso de ambos diagramas para una mejor ubicación de los procesos. Los puntos
dados en el ejemplo anterior A, B, C, D, y E se denominan igual. Las propiedades de entropía y
entalpía de los puntos B, D Se hallan en las tablas de saturación, las propiedades del punto E se
encuentran en las tablas del vapor recalentado; las propiedades de entalpía y entropía del punto a se
encuentran en las tablas del liquido subenfriado o en cartas. Lo importante del diagrama radica en
observar que para subir la temperatura de un fluido se requieren pocas cantidades de energía
calorífica comparada con la que se requiere para hacerla cambiar de fase. Por tanto se deduce que:
• En los procesos de cambio de fase de liquido a vapor ( evaporación ) es donde las sustancias
piden o requieren altas cantidades de energía calorífica.
PRESION PUNTO
ABSOLUTA CRITICO
FASE
LIQUIDA
PRESION E
ALTA A B C D
FASE
VAPOR
PRESION
BAJA LINEA LINEA
SATURACION SATURACION
LIQUIDA VAPOR
H
ENTALPIA
LIQUIDO + VAPOR
MEZCLA
DIAGRAMA DE PRESION ENTALPIA

31
• En los procesos de cambio de fase de vapor a líquido ( condensación ) es donde las
sustancias pierden o retiran altas cantidades de energía calorífica.
NOTA: Cuando desee calcular los valores de v, u, s o h dentro de la zona de mezcla, aplique las
siguientes ecuaciones:
u = uf + ( X * ufg )/100%
h = hf + ( X * hfg )/100%
s = sf + ( X * sfg )/100%
Donde X es la calidad en porcentaje.
Fig 5. Calor sensible y calor latente en diagrama Presion Entalpia.
Este es el diagrama de mayor uso en los cálculos de los diferentes sistemas frigoríficos, pero para
ello, hay que tener en cuenta otras curvas como las isotermas ( temperatura constante ), y las
isocóricas ( de volumen constante ), tal como se muestran:

32
Fig 6. Curvas isocoricas, isotérmicas e isobáricas en diagrama de presión entalpia.
En este diagrama las curvas de temperatura son mayores a medida que se suben en el diagrama y a
medida que se desplazan a la derecha del mismo. Las curvas isocóricas son mayores a medida que
se bajan en el diagrama y a medida que se desplazan a la derecha del mismo.
VER VIDEO:
CONCEPTOS DE TERMODINAMICA EN
DIAGRAMAS TS Y PH
http://youtu.be/XUeBi_k-aU0

33
INTRODUCCION A LOS DIAGRAMAS DE MOLLIER
APLICADOS EN REFRIGERACION
https://youtu.be/40pNb8a84Q0
1.12. DIAGRAMAS DE MOLLIER APLICADOS A LOS
REFRIGERANTES
De lo visto anteriormente cada refrigerante posee un diagrama T-S y P-H diferentes. Lo que nos
importas ahora son las presiones con sus respectivas temperaturas de saturación, que para el caso
es la misma de evaporación, condensación o cambio de estado. De estos diagramas se derivan las
famosas tablas de presión temperatura que se conocen:

34
Fig 7. Diagramas y tablas del programa coolpack.
Entre las principales aplicaciones de esta tabla esta la identificación de refrigerantes, para ello tenga
en cuenta:
• Verificar las actas o registros de importación
• Que el refrigerante traiga su MSDS u hoja de vida.
• Que el tanque no posee pinturas en mal estado.
• Que el refrigerante contenga mas del 60% del peso original del mismo.

35

36
La presión medida en el tanque tiene que estar muy parecida o igual a la determinada o calculada en
la tabla, para que el resultado de la prueba sea satisfactorio:
Presion Calculada – 4 Psi < = Presion Medida <= Presión Calculada + 4 Psi
VER VIDEO:
IDENTIFICACION DE REFRIGERANTES POR MEDIO
DE PRESION Y TEMPERATURA
https://youtu.be/BTBPbQfT_D4
COMO IDENTIFICAR EL ESTADO DEL
REFRIGERANTE EN DIAGRAMA DE MOLLIER
https://youtu.be/9-YwpHmdoAU
1.13. DIAGRAMAS APLICADOS AL CICLO BASICO DE
REFRIGERACION
Para partir del análisis del ciclo de refrigeración, se parte de la temperatura de diseño, que en este
caso es la temperatura mínima del recinto o espacio refrigerado. En el recinto, el refrigerante debe
estar a menor temperatura ( alrededor de 5 a 10 grados Celsius ) de forma que pueda absorver calor,
para hacer u proceso más eficiente, el refrigerante cambia de estado en ese proceso, evaporándose.
Por este este accesorio se denomina EVAPÒRADOR.

37
Ver video:
PROCESO DE EVAPORACION EN DIAGRAMA PH https://youtu.be/W32xAX_RQiU

38
Si desea calcular la presión de succión del sistema, siga los siguientes pasos:
• Determine la temperatura de evaporación con la fórmula:
Temp Evaporación = Temp mínima de recinto – 5 Grados Celsius
• Con la temperatura de evaporación , vaya a una tabla de presión – temperatura y, con el
refrigerante deseado, halle su presión de succión.
Ver video:
CALCULO DE PRESIONES DE DESCARGA Y
SUCCION EN EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN
https://youtu.be/Z-Zi-RqEJss
Ahora, todo ese calor que ha absorbido el refrigerante hay que expulsarlo al ambiente que está a una
mayor temperatura, para ello, hay que llevar la presión del refrigerante a una alta presión que le
asegure una alta temperatura mayor a la del ambiente. Este trabajo es realizado por el
COMPRESOR.

39
Ver video:
PROCESO DE COMPRESION EN DIAGRAMA Ph https://youtu.be/pDyNisf-7AA
Ahora hay que descargar todo ese calor al ambiente, en este proceso de descarga de calor, el
refrigerante se condensa. Por este el accesorio donde ocurre este proceso se denomina
CONDENSADOR.

40
Ver video:
PROCESO DE CONDENSACION EN DIAGRAMA PH https://youtu.be/J1xeb1eTxVs

41
Si desea calcular la presión de descarga del sistema, siga los siguientes pasos:
• Determine la temperatura de condensación con la fórmula:
Temp Condensación = Temp máxima del sitio + ( 10 a 15 Grados Celsius )
• Con la temperatura de condensación, vaya a una tabla de presión – temperatura y, con el
refrigerante deseado, halle su presión de descarga.
Ver video:
CALCULO DE PRESIONES DE DESCARGA Y
SUCCION EN EQUIPOS DE REFRIGERACIÓN
https://youtu.be/Z-Zi-RqEJss
Mas tarde el refrigerante en estado liquido y a alta presión que sale del condensador, debe llegar
nuevamente al evaporador, para ello pasa por unas restricciones o reductores cuya función es la de
disminuir la presión del refrigerante y por ende su temperatura para llegar nuevamente al evaporador
y continuar con el ciclo.
Ver video:
PROCESO DE EXPANSION EN DIAGRAMA Ph https://youtu.be/xDrULztFGD8

42
En el ciclo básico se puede identifican dos zonas; la de presión alta que va desde la salida del
compresor hasta la entrada de la válvula de expansión y la zona de presión baja que va desde la
salida de la válvula de expansión hasta la entrada del compresor.
En el esquema se identifican las siguientes líneas:
LINEA DE DESCARGA: Ubicada entre la salida del compresor y la entrada del condensador. Se
caracteriza por que el refrigerante está a alta presión, alta temperatura y estado gaseoso.
LINEA DE LIQUIDO ALTA PRESION: Ubicada entre la salida del condensador y la entrada del
elemento de expansión. Se caracteriza porque el refrigerante esta con alta presión, temperatura
media a alta y estado líquido.
LINEA DE MEZCLA BAJA PRESION: Ubicada entre la salida del elemento de expansión y la entrada
del evaporador. Se caracteriza porque el refrigerante esta a baja presión, baja temperatura y una
mezcla entre liquido y vapor.
LINEA DE SUCCION: Ubicada entre la salida del evaporador y la entrada del compresor. Se
caracteriza porque el refrigerante está en estado gaseoso, baja presión y baja temperatura.

43
Los elementos del ciclo básico son:
COMPRESOR: Es el corazón del sistema, entre sus funciones básicas están:
• Bombear el refrigerante por el sistema.
• Aumentar la presión del gas refrigerante y por ende su temperatura.
CONDENSADOR: Su función básica es la disipar el calor que el refrigerante ha adquirido en el
evaporador, compresor y tuberías de succión, en el proceso el refrigerante cambia del estado
gaseoso al liquido con poca o mínima variación de su presión.
ELEMENTO DE EXPANSION: Su función es la de disminuir la presión del liquido refrigerante y por
ende su temperatura. En ese proceso y debido al cambio de presión, parte del lìquido refrigerante se
evaporara ( flashing ).
EVAPORADOR: Su función básica es la adquirir o absorver el calor del recinto o sustancias del
mismo y pasárselo al refrigerante, que por acción de esta absorción de calor dicho refrigerante
cambia del estado liquido al gaseoso con poca variación de su presión.

44
Ver video:
CONSTRUCCION DE UN CICLO BASICO TEORICO
DE REFRIGERACION EN DIAGRAMAS TS Y PH
http://youtu.be/Gsph9bjfZrg
INTERPRETACION DE UN CICLO DE
REFRIGERACION EN DIAGRAMA DE MOLLIER
https://youtu.be/8L06DS61Whs

45
1.14. DIAGRAMA TEORICO TEMPERATURA VS ENTROPIA EN
REFRIGERACION BASICA
Aunque dependiendo de la situación del ciclo las posiciones de los puntos pueden variar ligeramente,
sus posiciones se obtienen:
Punto 1: Se ubica en la línea de presión de baja, su estado debe ser vapor y conociendo su
temperatura, comparada con la de saturación a presión de baja , se ubica en el diagrama.
Punto 2: Se ubica en la línea de presión de alta, su estado debe ser vapor y conociendo su
temperatura, comparada con la de saturación a presión de alta , se ubica en el diagrama.
Punto 3: Se ubica en la línea de presión de alta, su estado debe ser líquido y conociendo su
temperatura, comparada con la de saturación a presión de alta , se ubica en el diagrama.
Punto 4: Se ubica en la línea de presión de baja, su estado debe ser líquido o una mezcla y
conociendo su temperatura, comparada con la de saturación a presión de baja, se ubica en el
diagrama.
Del diagrama se puede observar que las entropías de los puntos 1 y 2 son iguales, por tanto:
S1 = S2 o también s1 = s2
1.15. DIAGRAMA PRESION VS ENTALPIA TEÓRICO APLICADO AL
CICLO BASICO DE REFRIGERACION

46
Su construcción se basa mucho en el diagrama anterior, la cuestión es que aquí no se pueden ubicar
temperaturas. Se puede observar que las entalpías de los puntos 3 y 4 son iguales, por tanto:
H3 = H4 o también h3 = h4
De la gráfica anterior se deduce que a mayor de la línea entre los puntos 4 y 1 que corresponden al
paso del refrigerante por el evaporador, a mayor distancia entre estos puntos, mayor será el efecto de
refrigeración.
La distancia entre los puntos 1 y 2 indican el calor que agrega el compresor al refrigerante y la
distancia entre los puntos 2 y 3 reflejan el calor retirado por el condensador al medio.
1.16. DIAGRAMA PRESION ENTALPIA REAL DE UN PROCESO DE
REFRIGERACIÓN POR COMPRESION DE VAPOR.
Debido a que los procesos son reales, el diagrama teórico tiene cierta variación resultado de factores
como pérdida de presión, calor cedido al ambiente, calor ganado del ambiente, etc. Veamos ahora un
ciclo real y el ideal de refrigeración:

47
Aquí tenemos representados el ciclo real en color rojo y el ciclo real e color negro. Las conclusiones
de análisis son:
• En el ciclo real, la entra del refrigerante al evaporador experimenta una mayor presión y
temperatura que la comparada con el ciclo ideal; además de ello la línea de evaporación es
mas larga en el ciclo real lo que implica que requiera un evaporador de mayor capacidad
comparado en el ciclo ideal.
• Entre la salida del evaporador y la entrada del compresor, el refrigerante experimenta una
caida de presión en la tubería de succión y por ende reduce un poco su temperatura para
ingresar al compresor.
• El trabajo del compresor debido a que su eficiencia real es menor que la del ideal , se
incrementa tal como puede verse , su línea es mas larga que la línea de compresión del ciclo
ideal.
• Entre la salida del compresor y la entrada del condensador, el refrigerante experimente otra
caída de presión por las pérdidas en las tuberías de descarga y de allí entra al condensador.
• El refrigerante experimenta una caída de presión en el condensador y por ende se requiere
de un condensador de mayor capacidad que comparado con el ciclo ideal; además de ello el
refrigerante sale con una presion menor y una temperatura menor comparado con el ciclo
ideal.
• El COP del ciclo real es mucho menor que el del ciclo ideal.
Si va a calcular sistemas de refrigeración teniendo en cuenta las caídas de presión, para diseñar le
recomiendo la siguiente tabla:

48
ACCESORIOS MAXIMA CAIDA DE
PRESION PERMITIDA EN
BARES
MAXIMA CAIDA DE PRESION
PERMITIDA EN PSI
CONDENSADOR 1 14.5
EVAPORADOR 0.25 3.6
LINEA DE SUCCION 0.25 3.6
LINEA DE DESCARGA 0.25 3.6
LINEA DE LIQUIDO 0.25 3.6
VER VIDEO:
ANALISIS DE UN CICLO REAL Y UNO IDEAL
DE REFRIGERACION EN DIAGRAMA DE
MOLLIER
https://youtu.be/uPsfvaiuDJQ
1.17. CALCULOS DE SISTEMAS BASICOS BASADOS EN EL
DIAGRAMA DE MOLLIER
De la primera ley de la termodinámica se tiene que:
0 = VC
.
Q - VC
.
W + [ entra
.
m ( h + ( ½ ) V
2
+ g Z ) ] – [ sale
.
m ( h + ( ½ ) V
2
+ g Z ) ]
0 = qvc – wvc + ( h + ( ½ ) V
2
+ g Z ) entra – ( h + ( ½ ) V
2
+ g Z )sale
( h + ( ½ ) V
2
+ g Z )sale - ( h + ( ½ ) V
2
+ g Z ) entra = qvc – wvc
Despreciando los cambios de energía cinetica y potencial se tiene que:
hSALE – hENTRA = qvc – wvc
Para la anterior ecuación considere que:
El calor suministrado al sistema ( qH ) se
considera positivo
El trabajo suministrado al sistema ( W ) se
considera negativo
El calor extraído al sistema ( qL ) se considera
negativo
El trabajo efectuado por el sistema ( W ) se
considera positivo
Se hará un cálculo para un equipo el cual tenga las siguientes condiciones ambientales:
Temperatura ambiente = 35ºC
Temperatura recinto = 20ºC
El refrigerante a emplear el el R- 22, el cual tiene el siguiente diagrama de Mollier:

49
Lo importante ahora es calcular las presiones de alta y baja del equipo. Para hallar la presión de alta,
recuerde que el la temperatura de saturación del refrigerante en el condensador debe ser de 15ºC por
encima de la del ambiente, por lo tanto:
Temp saturación a presión alta = Temp ambiente + 15º C = 35º + 15º = 50 ºC
Para esta temperatura, la presión manométrica del R-22 debe ser de 18.4 Bares manométricos o 19.4
bares absolutos.
Para hallar la presión de baja, recuerde que el la temperatura de saturación del refrigerante en el
e3vaporador debe ser de 10ºC por debajo de la del espacio refrigerado, por lo tanto:
Temp saturación a presión baja = Temp espacio refrigerado - 10º C = 20º - 10º = 10 ºC
Para esta temperatura, la presión manométrica del R-22 debe ser de 5.8 Bares manométricos o 6.8
bares absolutos.
Recordemos ahora el ciclo básico con las presiones seleccionadas

50
1.17.1. CALOR QUE ABSORVE EL EVAPORADOR POR UNIDAD DE
MASA
Para hallar la cantidad de calor que absorbe el refrigerante por unidad de masa en el evaporador (
proceso del punto 1 al punto 2 ) se hallan la diferencia de sus entalpias especificas:
De la primera ley de la termodinámica:
q Absorbido = h2 – h1 = hOUT – hIN
Los valores de h2 y h1 se hallan en el diagrama de Mollier y son:
h2 = 1207.83 KJ/Kg s2 = 1.734 KJ/Kg ºK vS = 0.035 Mts
3
/Kg
h1 = h4 = 1012.97 KJ/Kg
q Abs = 1207.83 KJ/Kg - 1012.97 KJ/Kg = 194.9 KJ/Kg = 46.67 Kcal/Kg
1.17.2. EQUIVALENTE DE CALOR DEL TRABAJO DE COMPRESIÓN IDEAL POR UNIDAD DE
MASA
Es el proceso que va del punto 2 al punto 3. Si se recuerda en diagrama de Temperatura Vs Entropía,
se deduce que s2 es al misma s3 en un proceso perfecto.
h3 – h2 = 0 – ( - wvc )
h3 – h2 = wvc = Trabajo del compresor
Ahora se hallan los valores:
h IN = h2 = 1207.83 KJ/Kg

51
Para hallar h OUT IDEAL se sabe que su entropía es igual a s2, por tanto con este valor y la presión de
19.4 Bar se halla su valor en el diagrama de Mollier. Suponga que la eficiencia es del 80%.
h OUT IDEAL = 1233.31 KJ/Kg = h3
Temp Out ideal = 65.396ºC
Calor del trabajo de compresión ideal = h3 – h2 = 1233.31 KJ/Kg - 1207.83 KJ/Kg = 25.48 KJ/Kg = 6.1
Kcal/Kg
1.17.2. CALOR EVACUADO POR EL CONDENSADOR POR UNIDAD
DE MASA
El condensador tiene que evacuar el calor que el refrigerante adquirió en el evaporador y en el
proceso de compresión.
h4 – h3 = - qvc – 0
h3 – h4 = qvc
Calor evacuado = h3 – h4 = hIN – hOUT
Calor evacuado = 1233.31 KJ/Kg - 1012.97 KJ/Kg = 220.34 KJ/Kg = 52.71 KCal/Kg
1.17.3. CAUDAL MASICO DE REFRIGERANTE
Aquí se especifica la cantidad de masa de refrigerante que debe pasar en el tiempo por evaporador
para cumplir con una capacidad especifica. Por ejemplo:
Si se desea evacuar 1000Kcal/Hr de un recinto, cuanta cantidad de masa de refrigerante debe pasar
por el evaporador?
.
Q = Q / t = q * ( m/t ) = q *
.
m
.
m =
.
Q / q
Caudal másico o
.
m = Flujo de calor / Calor absorbido en el evaporador por unidad de masa
Caudal másico o
.
m = ( 1000Kcal/Hr ) / ( 46.67 Kcal/Kg ) = 21.42 Kg/Hr
1.17.4. DESPLAZAMIENTO O CAUDAL VOLUMETICO TEORICO
Se halla el caudal de fluido a transitar por el compresor para que desarrolle la potencia frigorífica
estimada. Para tal se halla la Produccion Frigorifica Volumetrica o en otras palabras, la cantidad de
calor que transporta cada volumen de refrigerante.

52
Producción Frigorifica Volumetrica = ( Calor absorbido por el evaporador ) / ( Volumen especifico
refrigerante a la entrada del compresor )
Producción Frigorifica Volumetrica = ( 46.67 Kcal/Kg / 0.035 Mts
3
/Kg ) = 1333.43 Kcal/Mts
3
.
Ahora si se puede calcular el caudal volumétrico mediante la formula:
Caudal Volumétrico teorico o QVOL = ( Flujo de calor ) / ( Produccion Frigorifica Volumetrica )
Caudal Volumétrico teorico o QVOL = ( 1000Kcal/Hr ) / ( 1333.43 Kcal/Mts
3
) = 0.75 Mts
3
/ Hr
Otro procedimiento más sencillo para hallar el caudal volumétrico teórico es de la siguiente forma:
Vs= Vol / Masa = Vol / m
m = Vol / vS , dividiendo esta ecuación por el tiempo se tiene que:
( m / t ) = (Vol / vS*t )
.
m = QVOL / vS
QVOL =
.
m* vS = 21.42 Kg/Hr * 0.035 Mts
3
/Kg = 0.75 Mts
3
/ Hr
1.17.5. CALCULO DEL VOLUMEN REAL A ASPIRAR POR EL
COMPRESOR
El volumen real a aspira por el compresor siempre deberá ser mayor que el teórico, debido a que los
compresores tienen un rendimiento volumétrico inferior a la unidad, por su construccion física. El
rendimiento volumétrico se calcula por la formula:
Rendimiento Volumétrico = Caudal Volumetrico teórico / [ 1 – ( Espacio muerto * Relacion
Compresion ) ]
En caso de no disponer de la información del espacio muerto, tome estos factores de referencia:
Compresores herméticos = 0.04
Compresores semihermeticos = 0.02
Para hallar la relación de compresión se halla con la formula:
Relacion Compresion = ( Presion absoluta de alta / Presion absoluta de baja )
Para nuestro caso:
Relacion Compresion = ( 19.4 Bar / 6.8 Bar ) = 2.85
Si empleamos un compresor hermetico entonces:
Rendimiento Volumetrico = ( 0.75 Mts
3
/ Hr ) / [ 1 – ( 0.04 * 2.85 ) ] = 0.84 Mts
3
/ Hr
Otra forma de hallar el rendimiento volumétrico, en el caso de compresores de piston, consiste en
tomar los datos de fabrica del compresor como la cilindrada por piston o cilindro y calcule el flujo por
la siguiente formula:

53
Rendimiento Volumetrico calculado = ( Num pistones * Cilindrada por piston * RPM / 60 hrs )
1.17.6. CALCULO POTENCIA FRIGORIFICA DEL CONDENSADOR O
CALOR A EVACUAR DEL CONDENSADOR
Potencia Frigorifica condensador = Caudal masico * Calor evacuado por unidad de masa
Potencia Frigorifica condensador = 21.42 Kg/Hr * 52.71 KCal/Kg = 1130 Kcal/Hr
1.17.7. CALCULO POTENCIA FRIOGORIFICA EVAPORADOR O
CALOR A ABSORVER EN EL EVAPORADOR
Potencia Frigorifica evaporador = Caudal masico * Calor admitido por unidad de masa
Potencia Frigorifica evaporador = 21.42 Kg/Hr * 46.67 Kcal/Kg = 1000 Kcal/Hr
Ver video:
CALCULO DE POTENCIAS FRIGORIFICAS EN
COMPRESORES SEGÚN DIAGRAMAS TS Y PH
https://youtu.be/VZY_4Yinh3w
1.17.8. CALCULO DEL C. O. P.
El término C O P viene del ingles Coefficient of Perfomance, el cual significa coeficiente de
rendimiento o de transformación. Existen dos tipos de COP, el del sistema y el del compresor. Sus
fórmulas son:
C O P SIST= ( Calor admitido por el evaporador por unidad de masa / Trabajo de compresión por
unidad de masa )
C O P SIST= ( Calor admitido por el evaporador en BTU/Hr / Trabajo de compresión en BTU/Hr )
C O P SIST= ( Potencia frigorífica del sistema en BTU/Hr / Trabajo de compresión en BTU/Hr )
C O P COMPRESOR = ( Potencia frigorífica del compresor en BTU/Hr / Potencia eléctrica consumida
por el compresor en WATT )
Para el caso del ejemplo:
C O P SIST = ( 46.67 Kcal/Kg / 6.1 Kcal/Kg ) = 7.6
1.17.9. E.E.R
Es la relación entre la potencia frigorífica o enfriamiento del sistema ( por lo general la capacidad del
evaporador y la potencia eléctrica o el consumo eléctrico en watios del mismo sistema ( como el
compresor se lleva aproximadamente el 90% del consumo del sistema, se puede emplear este valor
para hallar el E.E.R. ). Se considera un buen E.E.R > 6 BTU/WHr. Este índice es una medida de la
eficiencia por consumo del sistema.
E. E. R = ( Potencia Frigorifica evaporador o sistema en BTU/Hr / Potencia eléctrica o consumo
sistema en Watios )

54
E. E. R = ( Potencia Frigorifica evaporador o sistema en BTU/Hr / Potencia eléctrica o consumo
compresor en Watios )
VER VIDEO:
PRIMERA Y SEGUNDA LEY DE LA
TERMODINAMICA APLICADOS A CALCULOS DE
CICLOS DE REFRIGERACION
http://youtu.be/DHFY2VWYKeA
1.17.10. CALCULOS APOYADOS EN PROGRAMAS
También puede hacer los gráficos de un sistema cualquiera partiendo de los datos de presión,
temperatura en los puntos críticos del sistema. Para ello se necesitan los siguientes datos:
• Temperatura promedio del ambiente donde se ubicará el sistema.
• Temperatura mínima del recinto o espacio refrigerado.
• El tipo de refrigerante.
• La capacidad frigorífica del sistema o del evaporador.
• Los valores de subenfriamientos requeridos.
• El valor del recalentamiento útil requerido.
• El valor del recalentamiento ambiental requerido.
Cálculos a obtener:
• Temperatura de condensación: Se calcula con la fórmula dada teniendo en cuenta la
temperatura del ambiente.
• Temperatura de evaporación: Se calcula a partir de la temperatura mínima de recinto.
• La presión de alta o descarga: Se obtiene a partir del tipo de refrigerante y de la temperatura
de condensación.
• La presión de baja o succión: Se calcula a partir del tipo de refrigerante y de la temperatura
de evaporación.
• Las temperaturas del refrigerante a la entrada del elemento de expansión, salida el
evaporador y entrada de compresor: se obtienen a partir de los valores del subenfriamiento y
recalentamientos.
Ahora se introducen los datos en el programa se seleccionado y con ello se obtienen los siguientes
datos:
• El flujo másico requerido por el sistema.
• La capacidad del condensador.
• La potencia de consumo de potencia del compresor.
• La potencia mínima frigorífica del compresor.
• El COP del sistema.
• El EER del sistema.
.

55
VER VIDEOS:
UBICACIÓN DE PUNTOS DE UN CICLO DE
REFRIGERACION EN DIAGRAMAS DE MOLLIER
https://youtu.be/XJLuY4smPjU
ANALISIS DE UN CICLO DE REFRIGERACION CON
EL COOLPACK
https://youtu.be/UNqVLMyxcCs
ANALISIS DE UN CICLO DE REFRIGERACION CON
EL GENETRON PROPERTIES
https://youtu.be/S6u_zLSPds4
1.18. EFECTOS DE RECALENTAMIENTO Y SUBENFRIAMIENTO EN
EL DIAGRAMA DE MOLLIER
1.18.1. RECALENTAMIENTO DE VAPORES A LA SALIDA DEL
EVAPORADOR
Normalmente el vapor frio que sale del evaporador, sigue admitiendo calor entrando algo recalentado
al compresor. Veamos dos casos en el cual en un ciclo , el vapor del evaporador sale en estado
saturado y otro donde sale recalentado. Veamos sus efectos en un diagrama de Mollier. Por tanto el
recalentamiento útil se define como la diferencia de temperatura a la salida del evaporador y la
temperatura de evaporación o saturación a presión de baja.
La diferencia de entalpia entre el punto 3 y el punto a es la necesaria para realizar el recalentamiento
del vapor refrigerante, entre las consecuencias de este recalentamiento están:

56
• El volumen específico del punto a es mayor que el del punto 2. Por tanto la densidad del
vapor en a es menor que la densidad del vapor en el punto 2; por tanto, en el punto a el compresor
aspira menos masa de refrigerante por unidad de volumen lo que hace que su capacidad e inclusive
su rendimiento volumétrico se reduzca.
• La temperatura de descarga a la salida del compresor aumenta en el punto a, el cilindro,
pistones y otros elementos mecánicos estarán mas calientes y sufrirán mayor desgaste.
• El calor que debe evacuar el condensador es mucho mayor o sea, que el calor sensible tiene
que desprenderse primeramente antes del proceso de condensación lo que disminuye la eficiencia
del mismo.
NOTA: El recalentamiento en el evaporador tiene que limitarse al necesario para asegurar que se
tenga vapor seco del mismo y, como un valor recomendado el recalentamiento a la salida del
evaporador oscila entre 3º y los 7 ºC.
Las válvulas de expansión son construidas y ajustadas para que en la ultima parte del evaporador,
sea la zona reservada para el recalentamiento del vapor refrigerante, asi que el calor usado para
recalentar, proviene den existente en el espacio refrigerado y representa un efecto frigorifico
deseable.
Se trata que el recalentamiento se haga por parte del calor del espacio refrigerado. Todo
recalentamiento de la línea de succión que se haga con calor del ambiente externo es dañino al
sistema. Por eso en casos donde el espacio disponible para el evaporador , no hace posible un
control optimo del recalentamiento, o el compresor esta muy cerca del evaporador, es recomendable
montar una vuelta de tubo adicional conectado inmediatamente despues del evaporador, dentro del
espacio refrigerado. A este tubo se le llama Tubo secador ya que su misión es la secar el vapor de
partículas liquidas.
En refrigeración ocurren dos tipos de recalentamientos muy especiales:
1.18.2. RECALENTAMIENTO UTIL O SOBRECALENTAMIENTO DEL EVAPORADOR ( USEFUL
SUPERHEAT )
Es el que se da en el evaporador, se le llama útil, debido a que después que se ha evaporado
completamente el refrigerante, el recinto le agrega calor a este refrigerante en vapor saturado
recalentándolo e incrementado su temperatura. Un recalentamiento útil se considera bueno cuando
está entre los 5ºC y los 7ºC, máximo 10 grados.
RECALENTAMIENTO UTIL = Temperatura del refrigerante a la salida del evaporador – Temperatura
de evaporación

57
Este recalentamiento es bueno porque:
• Impide que le llegue refrigerante liquido al compresor.
• Se tiene un efecto refrigerante positivo, que aumenta el rendimiento del sistema.
Para obtener el valor de la temperatura de evaporación, se mide la presión de succión con un
manómetro y dependiendo del tipo de refrigerante , en una tabla de presión – temperatura se halla
dicho valor; el valor de la temperatura del refrigerante a la salida del evaporador, se obtiene con un
termómetro.

58
1.18.2.1. RECALENTAMIENTO AMBIENTAL
Cuando el refrigerante sale del recinto por las tuberías de succión, este mismo aun esta a
temperaturas bajas, al salir el ambiente le agrega un calor extra, lo que influye en un aumento de su
temperatura, que además de incrementar su volumen especifico, disminuye la eficiencia volumétrica
del compresor. Por esta razón, estas tuberías se aíslan térmicamente. Un recalentamiento inútil se
considera bueno cuando está entre los 5ºC y los 10ºC
RECALENTAMIENTO AMBIENTAL = Temperatura del refrigerante a la entrada del compresor –
Temperatura refrigerante a la salida del evaporador.
El recalentamiento no es beneficioso porque:
• Baja el rendimiento volumétrico del compresor.
• Incrementa la temperatura de entrada del refrigerante y por ende la salida del mismo.
• Incremente la temperatura del cárter del compresor.
• Incrementa las presiones del sistema.
• Disminuye el subenfriamiento del sistema.
• Reduce el rendimiento del sistema.
• Reduce el rendimiento de la válvula de expansión.

59
Para obtener el valor de ambas temperaturas, se emplea el termómetro midiendo a ciertas distancias
tal como se observa:
1.18.2.2. RECALENTAMIENTO TOTAL
RECALENTAMIENTO TOTAL = RECALENTAMIENTO UTIL + RECALENTAMIENTO AMBIENTAL

60
RECALENTAMIENTO TOTAL = Temperatura refrigerante a la entrada del compresor – Temperatura
de evaporación
Un recalentamiento total se considera bueno cuando está entre los 8ºC y los 20ºC

61
VER VIDEO:
CONCEPTO DE RECALENTAMIENTOS EN
REFRIGERACION
https://youtu.be/KmckIW53rYg
1.18.3. SUBENFRIAMIENTO DEL LIQUIDO REFRIGERANTE
Cuando a una presión de alta determinada, un vapor refrigerante es totalmente liquido de un proceso
de condensación, y el mismo se sigue enfriando, este procede a disminuir su temperatura y se quiere
igualar con la temperatura del medio que lo esta enfriando, se dice entonces que el liquido
refrigerante esta subenfriado. Despues de ello, el liquido refrigerante pasa al elemento de expansión.
Se conocen dos tipos de subenfriamientos:
1.18.3.1. SUBENFRIAMIENTO DE CONDESADOR
Como su nombre lo indica, ocurre en el condensador y tiene que ver con el enfriamiento que sufre el
refrigerante en estado liquido saturado a la salida del condensador. Se considera normal cuando el
diferencial está entre los 3 y 6 grados. Su fórmula es:
Subenfriamiento Condensador = Temp saturación en el condensador o condensación - Temp
refrigerante salida del condensador
Para calcular la temperatura de condensación, se mide la presión de alta o descarga del sistema con
un manómetro y con el valor de presión, con el tipo de refrigerante, se va a una tabla de Presión –
temperatura para obtener la temperatura de condensación; para obtener la temperatura del
refrigerante a la salida del condensador, se usa un termómetro, tal como se muestra:

62
1.18.3.2. SUBENFRIAMIENTO ADICIONAL
Está relacionado con un enfriamiento adicional que sufre el refrigerante en su trayecto de la salida del
condensador a la entrada del elemento de expansión, ya sea por descarga del calor al ambiente o por
acción de intercambiadores de calor. Su valor o diferencial está los 2 y 6 grados. Su fórmula es:
Subenfriamiento Adicional = Temp refrigerante salida condesador - Temp refrigerante entrada
elemento expansión

63
Para calcular u obtener ambas temperaturas, se usa un termómetro, tal como se muestra:

64
Ahora el subenfriamiento total se obtiene de las siguientes fórmulas:
SUBENFRIAMIENTO TOTAL = SUBENFRIAMIENTO CONDENSADOR + SUBENFRIAMIENTO
ADICIONAL
SUBENFRIAMIENTO TOTAL = TEMPERATURA CONDENSACION – TEMPERATURA
REFRIGERANTE A LA ENTRADA ELEMENTO EXPANSION
Para calcular la temperatura de condensación, se mide la presión de alta o descarga del sistema con
un manómetro y con el valor de presión, con el tipo de refrigerante, se va a una tabla de Presión –
temperatura para obtener la temperatura de condensación; para obtener la temperatura del
refrigerante a la entrada del elemento de expansión, se usa un termómetro, tal como se muestra:

65
Ver video:
CONCEPTO DE SUBENFRIAMIENTO EN
REFRIGERACION
https://youtu.be/p5LN922rCU8
Una herramienta fundamental es el uso del termómetro, para ello se usan termómetros especiales
adaptados para las tareas de refrigeración, para ellos tenemos los termómetros de dos sondas y los
de cinco sondas o sensores.
1.19. INTERCAMBIADORES DE CALOR LIQUIDO – VAPOR
La misión de ellos es la de subenfriar el líquido a la salida del condensador con los vapores frescos y
frios que dejan el evaporador, y al mismo tiempo, hacen un recalentamiento a la salida del mismo. El
calor que cede el liquido refrigerante que sale del condensador, es agregado al vapor refrigerante que
sale del evaporador recalentándolo en el acto, asegurando un rendimiento óptimo del sistema.

66
En los refrigeradores domesticos, el tubo capilar que está después del filtro secador, circula por el
interior del tubo de succiòn que viene del evaporador.
VER VIDEO:
EL INTERCAMBIADOR DE CALOR https://youtu.be/p83zqBry9uU

67
1.20. PRESIONES DE TRABAJO EN EQUIPOS DEPENDIENDO DE
NORMAS ESTABLECIDAS.
En esta sección veremos las presiones de operación de los equipos dependiendo de normas
establecidas para ello; las normas más comunes son:
Para el caso de congeladores, se aplican las siguientes observaciones:

68
Según lo establecido se recomienda el uso del R-404ª debido a que mantiene la relación de
compresión; ahora hay que analizar nuevos refrigerantes, ya que los HCFC que posean alto valor del
PCG, van a ser reemplazados.
Para el caso de neveras, se tiene el siguiente análisis:
En estos equipos se queda el R-600ª y por tanto las neveras de R-134ª van desapareciendo.
Para el caso de botelleros, bebederos de agua, vitrinas exhibidoras refrigeradas, se tiene el siguiente
análisis:

69
En este sector de equipos hay equipos con estos dos refrigerantes, pero comienzan a operar equipos
con R-290.
Para el caso de equipos de aire acondicionado, se tiene el siguiente análisis:
En este sector de equipos, domina en la actualidad el R-410ª , pero también existen equipos con R-
32 y de R-290 que van a reemplazar al R-410ª.
Ver video:
PRESIONES DE TRABAJO EN EQUIPOS SEGÚN
NOMRAS
https://youtu.be/ubpvL5ejUKA
1.21. CLASES DE SISTEMAS DE REFRIGERACION POR
COMPRESION DE VAPOR
1.21.1. SISTEMAS DE EXPANSION DIRECTA O SECA
Son los mas empleados en refrigeración, se caracterizan por que todo el refrigerante que sale de la
válvula entra en estado líquido y algo de vapor ( flash gas ) al evaporador.

70
1.21.2. SISTEMAS INUNDADOS
Se caracterizan porque el nivel de líquido en el evaporador es alto y es controlado por una boya en el
acumulador a la entrada del mismo; el refrigerante que sale del evaporador vuelve nuevamente al
acumulador y sólo el refrigerante en estado vapor sigue su camino al compresor. Hay que tener en
cuenta que el acumulador de lìquido debe estar en una posición o altura mayor que la del evaporador.

71
Entre las ventajas de usar un sistema con evaporador inundado están:
• No hay recalentamiento en el evaporador.
• Mayor aprovechamiento del área del evaporador.

72
• Las variaciones de temperaturas en la condensación no afectan la etapa de baja presión.
Entre las desventajas de usar un sistema con evaporador inundado están:
• Requiere una mayor cantidad de refrigerante.
• Mayor inversión en equipos.
• Se presentan acumulaciones de aceite en tanques y evaporadores.
1.21.3. SISTEMAS RECIRCULADOS.
Es un sistema muy parecido al del evaporador inundado, la diferencia radica en que el refrigerante en
estado líquido es bombeado al evaporador.
Entre las ventajas de usar un sistema con recirculación están:
• No hay recalentamiento en el evaporador.
• Mayor aprovechamiento del área del evaporador.
• Presión constante en el evaporador.
• Recuperación casi total de aceite.
• Se pueden tener varios evaporadores con un mismo tanque de liquido refrigerante

73
Entre las desventajas de usar un sistema con evaporador inundado están:
• Requiere una mayor cantidad de refrigerante.
• Mayor inversión en equipos.
• Las tuberías deben ser de mayor diámetro.
• Consumo de energía de las bombas.
• Mayor costo de operación.
Cuando se requieren temperaturas de operación más bajas, se tienen las siguientes consecuencias:
• La diferencia de presión entre la succión y la descarga se incrementan trayendo como
resultado una disminución de la eficiencia volumétrica del compresor.
• Se incrementa la temperatura del refrigerante a la salida del compresor lo que puede
ocasionar la degradación del lubricante.
• Debido al incremento en la relación de presiones, se requiere más trabajo por parte del
compresor con un aumento del consumo de energía.
Por lo expresado anteriormente, resulta más económico emplear ciclos de compresión múltiples,
algunos de los cuales los veremos a continuación.
1.21.4. SISTEMAS EN CASCADA
Existen aplicaciones industriales en las cuales se necesitan temperaturas bajas comprendidas en el
intervalo de – 25ºC a – 75ºC. Desafortunadamente no se puede utilizar un ciclo simple para alcanzar
dichas temperaturas. Para superar esta dificultad se puede emplear el denominado ciclo en cascada:

74
Dicho ciclo es el conjunto de ciclos de compresión de vapor simples en serie. Aunque solo se
muestran dos unidades, si es necesario, en la práctica se emplean tres o cuatro unidades en serie.
Normalmente en cada ciclo individual se emplea un refrigerante distinto, con el objeto de ajustar los
intervalos de temperatura y presión.

75
1.21.5. SISTEMA COMPRESION MULTIETAPA O POR ETAPAS
En este sistema tiene en particular que el líquido que sale del condensador pasa por el dispositivo de
estrangulamiento y de allí a la cámara de vaporización instantánea que se mantiene a una presión
entre la del evaporador y la del condensador. Todo el vapor que se separa del liquido en dicha
cámara, se transfiera a una cámara de mezcla directa, donde se mezcla con el vapor que sale del
compresor del ciclo de baja presion que esta mas caliente. La cámara de mezcla actúa como un
enfriador intermedio regenerativo, ya que enfría el vapor que sale del compresor del ciclo de baja
presión y caliente el que se extrae de la cámara de vaporización instantánea, llegando ambos gases
a un equilibrio en el estado M. Estos sistemas requieren mayor inversión en equipos pero menos
potencia de operación.

76
1.21.6. SISTEMA COMPRESION MULTIPLE DIRECTA
En este sistema el fluido refrigerante se comprime dos o más veces, con la condición que existe un
enfriamiento del gas recalentado que sale de los primeros compresores. Dichos compresores están
conectados en serie uno con el otro. Tiene las siguientes ventajas:
• Emplea un solo tipo de refrigerante.
• Requiere menos accesorios mecánicos.
Entre sus desventajas están:
• A menor presión de baja, menor es el COP del sistema, por la existencia de mayor cantidad
de flash gas a la salida del elemento de expansión.
• Requiere un sistema de enfriamiento del vapor recalentado a la salida de los compresores.

77
Ver video:
SISTEMAS DE REFRIGERACION POR
COMPRESION DE VAPOR CON SUS DIAGRAMAS
PH
http://youtu.be/6wCJM-c1hGI

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