La experiencia nos dice, que la única forma de poder enfriar un sistema es disponiendo de otro a una temperatura inferior. Este hecho fue establecido de una manera formal en el enunciado de Clausius del 2º Principio de la Termodinámica, donde se formula la imposibilidad de que se establezca, de forma espontánea, un flujo de calor desde un sistema a otro más caliente.
Esta absorción de calor, o producción frigorífica, se efectúa normalmente con un fluido, por su fácil trasiego, y asociado a un cambio de estado, ya que implica una menor cantidad de fluido a trasegar.
Debemos por tanto disponer en el intercambiador de calor, denominado evaporador, de un flujo de sustancia frigorífica, refrigerante, a una temperatura inferior a la del recinto que deseamos refrigerar. Para ello habremos de conseguir que dicho refrigerante se encuentre a una presión tal, que le permita evaporarse a una temperatura inferior a la del recinto, consiguiéndose el efecto frigorífico buscado.
TR > Te
(Trecinto > Tevaporación)
Del mismo modo, para poder evacuar al ambiente el calor extraído del recinto, es preciso que el refrigerante alcance una temperatura superior a la del medio exterior. Para ello, los vapores procedentes del evaporador son sometidos a un aumento de presión, con lo que aumenta su temperatura, permitiendo que el refrigerante pueda ser condensado.
Tk > Ta
(Tcondensador > Tambiente)
El conseguir estas presiones de trabajo sólo es posible con un aporte continuo de energía del entorno, pudiendo distinguir:
Si el aporte de energía se efectúa en forma de trabajo, las denominadas máquinas de compresión mecánica.
Si el aporte de energía es en forma de calor, máquinas frigoríficas de compresión térmica (cuyas peculiaridades se estudiarán en la Unidad Didáctica III)
Sobre este enfoque, el estudio de la producción frigorífica engloba tres sistemas, los focos térmicos (recinto a refrigerar y el ambiente), la máquina frigorífica y el refrigerante, que deberán tenerse en cuenta a la hora de diseñar una instalación, sea cual fuere su naturaleza.
El primer paso de diseño será recoger información sobre las condiciones que rodean a la instalación, de modo que pueda establecerse:
¿Qué temperatura tiene que alcanzarse?
Esta dependerá del objeto de la refrigeración, que determina las condiciones de diseño, temperatura y humedad relativa fundamentalmente. Estos valores, normalmente resultado de extensos estudios empíricos, establecen las condiciones que han de mantenerse en el recinto para asegurar una óptima conservación o confort, disponiéndose actualmente de datos tabulados para un gran número de aplicaciones.
¿Cuánto calor debe extraerse?
La evaluación, denominada cálculo de cargas, consiste en determinar el flujo de calor que es preciso extraer del recinto, en todas las situaciones que es previsible que se registren. Para lo cual, se evalúan todos los flujos térmicos, a través de la envolvente, ocupación, iluminación, etc. Este punto no será objeto de estudio en el desarrollo de este texto.
¿Cuál es la temperatura del medio que se usará como sumidero de calor?
Para evacuar calor al exterior, será preciso superar la temperatura del medio que se emplee para condensar el fluido. En muchos de los casos se emplea como medio condensante el aire ambiente, estando disponibles tablas, de origen empírico, donde se ofrecen datos de temperatura y humedad específica para las distintas poblaciones.
Del mismo modo, en el caso de emplear agua, perdida o recirculada.
Con estos datos, la máquina frigorífica, que deberá conseguir y mantener las condiciones deseadas, quedará definida, una vez se establezca:
Su aspecto térmico: (Unidad didáctica I)
El ciclo termodinámico, que describe las evoluciones que deberá seguir el fluido refrigerante, para conseguir extraer las cargas térmicas del recinto a estudio.
Su aspecto tecnológico: (Unidad didáctica II)
El fluido refrigerante, que constituye el medio de conexión entre la máquina frigorífica, el recinto y el exterior.
Los elementos que deberán componer dicha máquina, para que el refrigerante ejecute el proceso descrito en el ciclo termodinámico seleccionado, en funcionamiento automático y seguro.
El estudio de cada tema debe comenzar con la lectura detallada del correspondiente capítulo del texto base, para después proceder al estudio propiamente dicho: identificación y análisis de los puntos fundamentales; elaboración de esquemas conceptuales y sinópticos; relaciones del tema en estudio con otros; etc. Cuando se haya comprendido el tema perfectamente, se pasará a la resolución de los ejercicios incluidos en el texto al final de cada capítulo, repasando todos aquellos conceptos que se hayan manifestado "oscuros" por algún "tropiezo" en la resolución de los ejercicios.
La labor personal y continuada del alumno es imprescindible para el proceso de aprendizaje, siendo aconsejable que se resuelva de forma completa y personal el mayor número posible de ejercicios. También es importante hacer un análisis de los resultados de los ejercicios, con el doble fin de relacionar unos procesos con otros y de adquirir un cierto sentido de la "medida".
Si después de un esfuerzo personal razonable no puede resolver cualquier "pega", no dude en acudir a su tutor (si existe en su Centro Asociado) o bien, en cualquier caso, directamente al equipo docente de la asignatura en la Sede Académica Central.
