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http://www.atecos.es/ REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DESCRIPCIÓN El sistema más generalizado de refrigeración, es la producción de frío por compresión de vapor (Figura 1), que consistente en un circuito cerrado en el que se somete un fluido refrigerante, a sucesivas situaciones de cambios de estado, mediante compresión y expansión, transmitiendo y absorbiendo el calor producido con el ambiente y el medio a refrigerar.

Figura 1. Elementos del ciclo simple de refrigeración por compresión mecánica de vapor (Bellés, 2009)

Para el acondicionamiento de aire los sistemas de compresión de vapor son los más empleados, manteniendo las condiciones del aire en un recinto por medio del control de la temperatura, humedad, filtrado y limpieza. Estos sistemas se emplean en la climatización de todo tipo de edificios. Las cuatro fases que conforman el circuito frigorífico y sus elementos principales son: •

Compresor

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Evaporador

•

Válvula de expansión

•

Condensador

El ciclo (Figura 1) se fundamenta en la compresión de un vapor que al hallarse a mayor temperatura que el medio caliente le cede calor. Con ello el vapor se enfría y, si la presión es la adecuada, llega a condensarse. El condensado se expande en una -1– Documento procedente de ATECOS, http://www.atecos.es

válvula de expansión o en un tubo capilar donde pierde la presión proporcionada por el compresor, esto hace que líquido tienda a vaporizarse, y para que esto sea posible extrae calor (enfría) al medio que queremos enfriar. Este gas será de nuevo comprimido y se iniciara seguidamente un nuevo ciclo idéntico al anterior. La condensación del vapor se efectúa en el condensador y la vaporización del líquido en el evaporador. PROPIEDADES Y CARACTERISTICAS Coeficiente de eficiencia de una refrigeración (COP). El concepto de C.O.P. (Coefficient of Performance) en refrigeración, es sinónimo de eficiencia energética en el evaporador. C.O.P. se define como la relación entre la cantidad de refrigeración obtenida y la cantidad de energía que se requiere aportar para conseguir esta refrigeración (ASHRAE - American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers). En este cómputo no se incluyen los consumos auxiliares de energía eléctrica necesarios para el funcionamiento de bombas y ventiladores. Tipos de compresión. Por su parte, los sistemas de refrigeración por compresión se diferencian o separan en dos grandes tipos: •

Sistemas de compresión simple Eleva la presión del sistema mediante una sola carrera de compresión. Es el más común de los sistemas de refrigeración ampliamente utilizado en refrigeradores y equipos de aire acondicionado.

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Sistemas de compresión múltiple Solución de compresión ideal para bajas temperaturas debido a las altas relaciones de compresión que estos sistemas superan.

Configuración de sistemas de compresión. Sistemas de expansión directa •

De compresión simple: o Sistema de una etapa. Es el sistema de refrigeración más ampliamente utilizado debido a su simplicidad y versatilidad. Su particularidad, no obstante, consiste en que por lo general para lograr bajas temperaturas capaces de absorber grandes cargas térmicas, debe alcanzar elevadas relaciones de compresión. Se puede aplicar en refrigeradores domésticos, vitrinas frigoríficas comerciales, equipos de aire acondicionado de todo tipo, y sistemas que no absorban grandes cargas frigoríficas. -2– Documento procedente de ATECOS, http://www.atecos.es

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De compresión múltiple: o Sistema de doble etapa. La doble etapa permite, mediante un compresor de doble etapa, alcanzar elevadas relaciones de compresión y, por lo tanto, menores temperaturas con capacidad de absorber mayor carga térmica. Sistema propio en cámaras de congelado de alta eficiencia energética. o Sistema en cascada. La compresión múltiple en cascada permite, mediante dos circuitos de refrigeración de una etapa "semi independientes" y con distintos refrigerantes, alcanzar temperaturas cercanas a los -80ºC. Propio en equipos de laboratorio para almacenamiento de muestras biológicas. o Sistema de compresión múltiple con enfriador intermedio de tipo abierto. Esta modalidad de compresión múltiple permite, mediante dos compresores y un estanque presurizado conectado entre ambos, realizar una expansión y enfriamiento del refrigerante en circulación antes de ingresar a la etapa de alta presión. Propio de sistemas industriales. o Sistema de compresión múltiple con enfriador intermedio de tipo cerrado. A diferencia del sistema anterior, al cual también se le puede denominar “de inyección total”, aquí se produce una “inyección parcial” del refrigerante al interior del estanque a fin de producir un enfriamiento.

Sistemas con recirculado de líquido •

De compresión simple: o Sistema con estanque de recirculado La recirculación de líquido es un método utilizado con la finalidad de alimentar los evaporadores inundados instalados en una gran instalación frigorífica.

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De compresión múltiple: o Sistema de compresión múltiple con estanque de recirculado Un sistema de recirculado de compresión múltiple permite bombear refrigerante líquido a menor presión y temperatura a los evaporadores inundados.

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VENTAJAS E INCONVENIENTES Ventajas. Las máquinas de compresión, al estar muy estudiadas y comercializadas, obtienen unos valores de COP muy elevados, entre 2 y 4, por lo que producen entre 2 y 4 veces más energía frigorífica que la energía eléctrica (o mecánica) que consumen. Esto hace que las máquinas de compresión resulten muy competitivas y económicas. Inconvenientes. Las instalaciones de producción de frío por compresión de vapor suponen un alto porcentaje de consumo energético, y pueden suponer un alto impacto económico y medioambiental. Por un lado, el efecto invernadero indirecto asociado al origen de la energía utilizada, y por otro, el efecto directo asociado a las fugas de refrigerante cuando se utilizan refrigerantes con un elevado potencial de calentamiento mundial. MEJORA DE LA EFICIENCIA ENERGÉTICA En lo referente al ámbito energético, el 69% de la energía que se consume en los países de la Unión Europea se debe a aplicaciones que utilizan algún tipo de accionamiento con motores eléctricos, de éstos, un 14% está directamente relacionado a los sistemas de compresión de vapor. En este marco, la producción de frío en España para aplicaciones de refrigeración y acondicionamiento de aire, representa un 30% del consumo energético global. Por ejemplo, el sector de equipamiento doméstico representa un 3.8% del consumo de energía final, de este consumo el 19% corresponde a los sistemas de refrigeración, y el 3% a los equipos de aire acondicionado. El crecimiento medio anual del consumo de energía en este sector ha sido del 3%. Por otro lado, el sector de edificación en España representa un 17% de consumo de energía final, y de éste, el 52% corresponde al uso de la energía en los sistemas de aire acondicionado (HVAC) (Belman, 2008). REFERENCIAS TÉCNICAS Bellés, J. (2009). Estudio comparativo entre una instalación de refrigeración por compresión y una instalación de refrigeración solar para la climatización en verano de una vivienda unifamiliar situada en Cunit (Tarragona). EPSEVG. Universitat Politècnica de Catalunya. 162 pp. Belman, J.M. (2008). Desarrollo de un modelo físico para una instalación de producción de frío por compresión de vapor utilizando el refrigerante R134a. Validación experimental y aplicación para la simulación energética. Universitat Jaume I. Tesis Doctoral. 220 pp. Conesa, J.A. (2011). Sistema de refrigeración por compresión. Universidad de Alicante. 51 pp. Frío industrial y aire acondicionado. Documentación sobre frío industrial y aire acondicionado realizada por Carlos Renedo para cursos del Dpto de Ing. Eléctrica y Energética de la Univ. de Cantabria.

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Goribar, H. (2005). Fundamentos de aire acondicionado y refrigeración. Editorial Limusa. 465 pp. Lucas Martínez, A. (2007).Termodinámica básica para ingenieros químicos: procesos termodinámicos y máquinas. (Ciencia y técnica; 51). Ediciones de la Universidad de Castilla - La Mancha. Cuenca. 419pp. Rufes, P.; Miranda Barreras, A. L. (2003). Ciclos de Refrigeración. Monografías de climatización y ahorro energético. CEAC técnico climatización. 240 pp. Whitman, W.C.; Johnson, W.M. (2000). Tecnología de la refrigeración y aire acondicionado tomo IV. Aparatos domésticos y sistemas especiales. International Thomson editores Paraninfo. 272 pp.

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