Fundamentos en sistemas de refrigeración

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El gas refrigerante es uno de los elementos más importantes para que el sistema de refrigeración opere, por lo que para comprender a cabalidad el funcionamiento de cualquier equipo es indispensable entender su comportamiento y transformaciones físicas

Karen Ocampo

En esta industria aprovechamos la transferencia de calor para obtener termodinámicamente frío o calor, pero cuando se habla de tener bases sólidas que nos permitan comprender todo lo que estos conceptos involucran, nos encontramos con un sinfín de teorías, definiciones, ecuaciones, etcétera, que complican la aplicación. En este artículo se hablará de la transferencia de calor y sus mecanismos, así como de la presión y sus tipos, los cuales son fundamentales para entender los principios de operación de cualquier sistema HVACR.

 

Los métodos de transferencia de calor pueden observarse cuando se calienta agua en una olla

Transferencia de calor
Se refiere al tránsito de la energía de un objeto a otro, a causa de una diferencia de temperatura. Ésta, a su vez, es la medida de la energía cinética de los átomos y moléculas de un cuerpo; por lo que si un objeto o sustancia recibe calor, sus átomos o moléculas comenzarán a moverse más rápido y, por ende, su temperatura se elevará.

 

Por ejemplo, si hay un vaso de agua fría en medio de un cuarto a temperatura ambiente, el calor del lugar comenzará a transferirse al agua fría hasta que se igualen las temperaturas entre ambos. Esto se debe a la diferencia de temperaturas entre el líquido y el espacio, ya que el calor siempre fluye de una zona de mayor a menor temperatura, por lo que el objeto frío elevará su temperatura y, por consecuencia, la correspondiente a la zona más cálida se reducirá.

Mecanismos de transferencia
Ahora bien, sabemos cómo es que existe el frío y el calor, pero ¿cómo se traslada esta energía? La respuesta se encuentra en las diferentes maneras o mecanismos de transferencia de calor:

  1. Convección: Este fenómeno ocurre cuando un fluido se pone en contacto con un objeto sólido. Consiste en la propagación de calor entre dos cuerpos a diferentes temperaturas por medio del movimiento de un fluido. Un sencillo ejemplo de este caso se puede apreciar en el hecho de calentar agua en un recipiente. En este caso, el líquido que se encuentra en la parte inferior comenzará a subir por diferencia de densidad, mientras que el agua que está en la superficie, descenderá
  2. Conducción: Modo de transferencia térmica en el que el calor se mueve o viaja desde una superficie a otra directamente. Se le conoce así al proceso de declive de temperatura en un sólido. El calor se transmite de la región de mayor temperatura a la menor. La conductividad térmica varía de acuerdo al tipo de material; los gases tienen menor conductividad que los líquidos, pero la correspondiente a los sólidos, como el cobre y el aluminio, es alta
  3. Radiación: se le denomina de esta manera al intercambio de calor mediante la emisión de energía por ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz, entre dos superficies a diferentes temperaturas

Presión
Otro de los conceptos utilizados en el sector es el de la presión, la cual se define como la fuerza ejercida por un gas, líquido o sólido, en una superficie y cuya fórmula es la siguiente:

P= Es la fuerza de presión
F= Fuerza ejercida
A= Área donde se aplica la fuerza

Existen diferentes clases. Uno de ellos es la presión atmosférica, es decir, la fuerza que el aire ejerce sobre un lugar determinado y depende de la altitud y latitud. Este tipo de presión se mide con un instrumento llamado barómetro. No hay que olvidar que la presión atmosférica normalizada, 1 atmósfera, fue definida como la presión media al nivel del mar, exactamente 101 325 Pa o 760 Torr.

La presión manométrica, por su parte, representa la diferencia entre la presión real o absoluta (P) y la atmosférica. La herramienta con la que se mide es el manómetro, el cual calcula el exceso de presión respecto a la atmosférica. En este caso, cuando la P es negativa se la conoce bajo el nombre de vacío.

El conocimiento de los conceptos fundamentales que rigen las leyes que norman a la industria nos permite analizar de manera más profunda lo que ocurre en el interior de los sistemas de refrigeración y, aunque a primera vista parecieran muchos, cuando se entienden desde el fundamento nuestra perspectiva cambia, además de que se amplían las oportunidades de realizar un mejor trabajo y, por lo tanto, conseguir mayores oportunidades laborales.

 

Karen Ocampo
Ingeniera Química y gerente del Consejo en Excelencia Técnica (CET), entidad de Certificación de Competencias Laborales, acreditada por el Consejo Nacional de Normalización y Certificación (Conocer), organismo descentralizado de la Secretaría de Educación Pública (SEP). Actualmente, forma parte del Consejo de Actividades Estudiantiles en ASHRAE Capítulo Ciudad de México.