Producción de frío y comportamiento de los frigorígenos

 

los frigorígenos, igualmente sujetos a sus relaciones, presión/temperatura, ejemplo el R 22, (imagen6). Sus valores en presiones y en temperatura siempre dependerán del comportamiento del mismo y su entorno. Energía ganada, o cedida, presión mayor o menor, estado líquido, mezcla o vapor etc…

cierto una condición termodinámica concreta corresponde a una relación presión/ temperaturas constantes, dicha estabilidad natural hace que los fluidos son aplicables a la refrigeración i otros campos, facilita la determinación, los cálculos y la concepción de las instalaciones, dicho de otra forma, los valores son inalterable, así, según la presión donde se encuentra el R22, alcanza la temperatura exacta y concreta

 

La botella de R22, los estados internos son liquido/vapores saturados, la temperatura de ambiente de 23, 52º C, su presión interna es de 10 Bar absolutos.

Al provocar una   presión mayor- almacenar la botella a dentro de un recinto mas alto de temperatura- por ejemplo, 36.47ºC, coincide con una presión de   14bar absolutos, y viceversa

 

Un ensayo común

Aplicación de un manómetro a la botella, después lectura de presión, a 8bar, implicaría una temperatura del fluido de 20ºC, la misma que la de ambiente donde se encuentra la botella. Esta relación, es común para cualquier tipo de fluido frigorígeno, sea natural o no, simplemente cambiará los valores dependiendo siempre de las características del mismo.

 

El ensayo, continua ….

1 botella de R22

1 manómetro (Manifold)

1 flexibles de conexión

2 termómetros de ambiente con bulbo

1 termómetro de contacto

Toda esta preparado para ejecutar la prueba del comportamiento del R 22

Primer paso, se abre la válvula del manómetro, dejando escapar el R22 previamente, luego al cerrar la válvula veremos que ha cambiado. el fluido se escapará hacia el exterior y el manómetro registrará un movimiento notable.

Al cerrar la válvula el manómetro recupera su presión inicial rápidamente, ósea vuelva a marcar 10bar, toda variación en este caso no será notable por nuestro manómetro ni termómetro, salvo usando equipos muy sensibles.

Diferentemente si la llave quedase mas tiempo abierta antes de su cierre.

Lectura

Presión de la botella 7 Bar

Temperatura de botella 16ºC

Ahora si notamos el cambio:  tanto la temperatura como la presión de la botella han variado, es decir han alcanzado valores inferiores.

Afín de describir este cambio de forma termodinámica sencilla, se debe insistir sobre la saturación de fluido atrapado dentro de la botella, entre el estado liquido y vapor en equilibrio, no hay movimiento energético ninguno, dicha condición es natural, tampoco se ha ejercido ni influencia tecnológica ni humana….

Bien, al escapar el vapor se provocó un desequilibro en la zona de vapor, lo cual es intolerable i inaceptable para el conjunto (liquido/vapor) que debe ser en equilibrio (saturado) entonces la acción es (perdida de presión temporal). El liquido va a querer recupera el equilibrio, y no le queda remedio que sacrificar parte de el, evaporándose para recuperar la pérdida de gas saliente de la botella (es la reacción provocada)

La ebullición del liquido por la búsqueda de equilibrio, provocaría un consumo energético importante, el liquido debe consumir cualquier energía encontrada en su alrededor incluso la suya. Tal forma hace que su propia temperatura baje.

Como el frigorígeno este sujeto a su propia relación presión/temperatura de forma natural, dicho lo cual su presión será sujeta siempre a la misma temperatura, resultando así que su temperatura baje a 16ºC, según (imagen8) 7Bar. Ver también imagen6

Un ensayo bajo control

Se instala la botella dentro de un recinto cerrado y aislado, a las mismas condiciones anteriores , luego se abre la válvula de forma continua.

 

Resulta, de forma muy notable, se muestran algunos cambios en todo el conjunto de los elementos. Tanto que es así

1º Bajada notable del nivel de liquido

2º Temperatura de ambiente esta a -24ºc

3º Temperatura de la botella es de -30ºC

4º Manómetro alcanza casi la presión atmosférica, está a 0.6bar, hablando siempre del R22.

 

Como la pérdida de vapor en la zona superior de la botella, provocaría en un primer tiempo la evaporación del líquido, a su vez la bajada de temperatura dentro del cuerpo de la botella, éste absorberá calor de su entorno y así provocará la caída de la temperatura de ambiente, así pues, hemos fabricado un recinto refrigerado. Gracias a un cambio de estado y un fluido específico. El alcance de una temperatura tan baja del cuerpo de la botella, comparándose con el ambiente de la sala, hace que se recambien energía, de mayor pasa al que tiene menor, de allí la bajada de temperatura de la cámara, o el recinto.

1º conclusión: se ha fabricado una máquina de frío, por cambio de estado

1º hándicap: la perdida del fluido por no recuperarlo

2º hándicap: la contaminación del aire por el mismo fluido, es intolerable

3º hándicap: el coste de esta operación seria insoportable, es totalmente inviable

4º hándicap: no hay manera de controlar ni la temperatura ni la necesidad de frío requerida.

Resoluciones paso a paso

Instalando un sistema interno de recuperación de fluido vapor saliente de la válvula. Además de conectar la botella a un grupo llamado _ grupo de condensación-

  • La válvula abierta el vapor se dirige hacía un compresor
  • Éste estando en marcha, lo aspira, luego lo comprime para devolverle toda la energía usada en su transformación, no olvidemos que el liquido al evaporarse se consume igualmente la suya, la energía se refiere.
  • Este gas comprimido entonces rico, energéticamente hablando, se dirigirá a un serpentín, afín de restarle todo exceso de energía, con el fin de transformarle en liquido a alta presión, el liquido saliendo de este serpentín o condensador, será conducido dirección la botella otra vez, de tal manera que la recuperación del liquido se hará de forma automática

A este estadio, la máquina esta fuera de nuestro control y no podrá funcionar, sin realizar las maniobras necesarias manualmente, como cuando entra el compresor, o cuando se debe abrir o cerrar la válvula de la botella, otra vez sistema inviable.

 

 

No habrá otra opción, que optimizar esta máquina y hacerla funcionar correctamente según necesidad, respetando claro las leyes de la física y el comportamiento del fluido. Lo veremos a continuación

Optimización de la máquina frigorífica

 

En este caso la botella dejará de existir dentro del recinto, sino añadimos un serpentín llamado EVAPORADOR.

Un dosificador, para control del caudal del liquido necesario según régimen de la instalación, éste lo llamaremos VÁVULA DE EXPANSIÓN TERMOSTÁTICA

Por su puesto el depósito de líquido, el compresor y el condensador juntos colaborarán con un solo objetivo de recuperar el vapor saliente de la cámara, afín de fabricar un liquido frigorígeno capaz de evaporarse en cualquier momento permitido. Y posible

Una vez el compresor y el resto de la instalación se activa, en marcha, la circulación del frigorígeno se activaría igualmente, al pasar el liquido a través la VET. Este le provoca una caída presión_ recordar, que caída de presión es igual a caída de temperatura, es decir evaporación, dentro el serpentín- evaporador- continuará evaporándose hasta el final de este, luego el vapor saliente será aspirado por el compresor para su futura compresión luego condensación

Ahora si, la máquina esta optimizada respetando todas la leyes físicas y termodinámicas, pudiendo así ser a la altura de las expectativas, es decir hacer “FRÍO”

Nota

Claro que, todavía queda mucho por hacer, aún, los resultados son conforme a lo deseado, dentro del un uso especifico de un fluido o frigorígeno liquido, después hacerle evaporar, al transformase totalmente en vapor la recuperación del mismo se realiza para darle las condiciones necesaria afín de volver a condensarlo y poder evaporarlo mas tarde bajo condiciones controladas haciendo así una máquina de producción de frio por compresión mecánica ….

 

 

de forma determinante queda muy claro los componentes necesarios para producir frío, es decir fabricar una máquina para este objetivo,

 

  • Un fluido frigorígeno
  • Un compresor
  • Un condensador
  • Un sistema de expansión
  • Un evaporador

Nota: cualquier máquina o instalación frigorífica, necesitaría en un primer plano estos elementos, luego vendrá otros componentes, tanto para mejorarla, regularla, o protegerla etc….

 

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