T10. Fluidos Frigoríficos
Fluidos Refrigerantes o Frigorígenos
Los fluidos refrigerantes o frigorígenos poseen características especiales que los hacen adecuados para su uso en sistemas de refrigeración, como:
- Elevado calor latente de vaporización
- Presión de vapor superior a la atmosférica
- Baja presión de condensación
- Elevada conductividad térmica
- Baja viscosidad
- Inercia química
- Estabilidad química
- Inmiscible o miscible en aceite
- Soluble en agua
Fluidos Frigoríferos
Los fluidos frigoríferos cumplen funciones importantes en los sistemas de refrigeración:
- Impiden que el refrigerante contamine el recinto que se desea enfriar
- Actúan como agentes de inercia frigorífica frente a posibles averías
- Permiten un enfriamiento más rápido
Máquina Frigorífica Carnot
La máquina frigorífica de Carnot es un modelo teórico que consta de cuatro componentes principales:
- Condensador (foco caliente): Opera a una temperatura T1.
- Evaporador (foco frío): Opera a una temperatura T2.
- Compresor: Eleva la presión y la temperatura del fluido evaporado.
- Expansor o turbina: Disminuye la presión y la temperatura del líquido.
Etapas del Ciclo de Carnot
- El compresor aumenta de forma adiabática la presión del fluido refrigerante y la temperatura. El trabajo realizado por el compresor es absorbido por el fluido.
- El fluido llega al condensador, donde se refrigera por agua fría que circula a contracorriente. El fluido se licúa cediendo calor al agua de refrigeración, que se calienta. La temperatura del fluido permanece constante durante el proceso de condensación.
- En el expansor, el líquido enfriado se expande disminuyendo la presión y la temperatura, vaporizándose parcialmente.
- El fluido llega al evaporador, donde se vaporiza casi totalmente a presión constante, absorbiendo calor del recinto que se desea enfriar. Este recinto circula a contracorriente con el vapor a una temperatura mayor. Es una expansión isotérmica del fluido.
Una máquina refrigeradora reversible, como la de Carnot, posee la máxima eficiencia posible. Su valor es el mismo para todas las máquinas que funcionen reversiblemente entre las mismas temperaturas.
Máquinas Frigoríficas de Compresión Mecánica
Las máquinas frigoríficas de compresión mecánica se diferencian de las de Carnot en los siguientes aspectos:
- La compresión se suele verificar en la región de sobrecalentamiento.
- El líquido condensado se somete a un subenfriamiento.
- Se sustituyen las turbinas por válvulas de estrangulamiento o laminación.
Bomba de Calor
Una bomba de calor es un dispositivo que transfiere calor de un ambiente a baja temperatura a otro a alta temperatura. Su funcionamiento es similar al de una máquina frigorífica, pero con el objetivo de calentar un espacio en lugar de enfriarlo.
Bomba de Calor Reversible
Las bombas de calor reversibles pueden funcionar como refrigeradores o como calefactores, intercambiando las funciones del evaporador y el condensador mediante una válvula reversible.
Instalaciones Frigoríficas de Absorción
Las instalaciones frigoríficas de absorción se basan en la capacidad de ciertas sustancias para absorber los vapores de otras. En este proceso, se desprende calor, lo que permite mantener el evaporador a baja presión y temperatura. Al suministrar calor a la sustancia absorbente, se desprende la sustancia absorbida en forma de vapor.
Licuación de Gases
Expansión Joule-Thomson
La expansión Joule-Thomson se utiliza para licuar gases como el aire. El aire seco y libre de polvo se somete a una alta presión y luego se expande a través de una válvula. El aire que sale de la válvula refluye a través de un intercambiador de calor, enfriando el aire que llega a la válvula. De esta manera, la expansión tiene lugar a temperaturas cada vez más bajas, lo que permite la licuefacción del aire.
Expansión Adiabática
La expansión adiabática es otro método para licuar gases. Se utiliza en refrigeradores termoeléctricos y en la desmagnetización adiabática.
T11. Máquinas Eléctricas
Una máquina eléctrica es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica o viceversa.
Principios Fundamentales del Magnetismo
Campo Magnético
Un imán o una corriente eléctrica generan un campo magnético a su alrededor. Este campo se representa mediante líneas de fuerza.
Fuerza del Campo Magnético sobre una Corriente Rectilínea
La fuerza que ejerce un campo magnético sobre un conductor rectilíneo depende de la intensidad de la corriente, la longitud del conductor y el ángulo entre el conductor y el campo magnético.
Fuerza Electromotriz Inducida
La fuerza electromotriz (FEM) inducida es la que se produce en un circuito cuando varía el flujo magnético que lo atraviesa. Esta variación puede deberse a un cambio en la intensidad del campo magnético, en la posición del circuito o en la forma del circuito.
Ley de Faraday
La ley de Faraday establece que la FEM inducida es proporcional a la tasa de cambio del flujo magnético.
Ley de Lenz
La ley de Lenz establece que el sentido de la corriente inducida es tal que se opone a la causa que la produce.
Corrientes de Foucault
Las corrientes de Foucault son corrientes eléctricas que se inducen en conductores macizos cuando varía el flujo magnético que los atraviesa.
Construcción General de una Máquina Eléctrica
Las máquinas eléctricas pueden ser estáticas o rotativas. Las máquinas rotativas constan de tres tipos de materiales:
- Activos: Conductores por los que circula la corriente.
- Pasivos: Materiales magnéticos que conducen el flujo magnético.
- Estructurales: Soportan y protegen las partes activas y pasivas.
El número de polos de una máquina eléctrica ha de ser par, siendo la mitad de ellos de polaridad norte y la otra mitad de polaridad sur.
Las máquinas rotativas se clasifican en:
- De corriente continua (CC)
- De corriente alterna (CA)
- Excitadas por CC
- Excitadas por CA
Potencia de una Máquina Eléctrica
La potencia de una máquina eléctrica es la energía que desarrolla por unidad de tiempo. Las pérdidas de potencia en una máquina eléctrica se deben a:
- Pérdidas en el hierro por histéresis o por corrientes de Foucault.
- Pérdidas mecánicas por rozamiento en cojinetes, escobillas, con el aire y la ventilación.
Características Par-Velocidad de un Motor
El par de un motor es la fuerza de rotación que produce. La velocidad de un motor es la velocidad a la que gira su eje.
Las características par-velocidad de un motor describen cómo varía el par con la velocidad. Estas características se dividen en tres regiones:
- Arranque o puesta en marcha
- Aceleración
- Régimen nominal
Estabilidad
Una máquina eléctrica es estable si, ante una variación de los valores característicos de su régimen nominal, responde automáticamente con una acción correctora que la devuelve a su estado original. Por el contrario, una máquina es inestable si, ante una variación, responde con una acción que la aleja aún más de su régimen nominal.