Principios Esenciales de Termodinámica y Refrigeración: Compresores y Refrigerante R134a

Introducción a la Termodinámica y Conceptos Fundamentales

La termodinámica es una rama fundamental de la física que estudia los cambios de magnitudes en sistemas a nivel macroscópico, centrándose en la energía y sus transformaciones.

Entropía

La entropía es el grado de desorden en la organización interna que tiene un sistema. Es una medida de la aleatoriedad o el desorden de un sistema.

Temperatura

La temperatura es una magnitud macroscópica que nos indica la cantidad de energía interna acumulada en un sistema. Se mide comúnmente en grados Celsius (°C), Kelvin (K) o Fahrenheit (°F).

Calor

El calor es energía en tránsito, es decir, energía que se transfiere de un sistema a otro debido a una diferencia de temperatura. Su unidad de medida en el Sistema Internacional es el Julio (J).

Presión

La presión es la fuerza por unidad de superficie que ejerce un fluido sobre las paredes que lo contienen. Su unidad en el Sistema Internacional es el Pascal (Pa).

• Equivalencias comunes:
  • 1 bar = 100.000 Pa
  • 1 atm (atmósfera) = 760 mmHg (milímetros de mercurio)
  • 1 PSI (libra por pulgada cuadrada) = 6.894,7 Pa
  • 14,5 PSI ≈ 1 bar
• Instrumentos de medición:
  • El manómetro mide la presión relativa, considerando 0 como la presión atmosférica.
  • El barómetro mide la presión absoluta, considerando 0 como la presión del vacío absoluto.

Volumen

El volumen es el espacio que ocupa una sustancia, ya sea un líquido, un gas o un sólido. Su unidad en el Sistema Internacional es el metro cúbico (m³).

Trabajo

El trabajo es una manifestación mecánica de la energía, que implica el desplazamiento de un objeto por la acción de una fuerza. Su unidad de medida es el Julio (J).

Transformaciones Termodinámicas Clave

Las transformaciones termodinámicas describen los procesos en los que un sistema cambia de un estado a otro, manteniendo una o más propiedades constantes.

Transformación Isobárica

Un proceso isobárico es aquel que mantiene la presión constante. En sistemas de refrigeración, se pueden identificar dos zonas principales: la de alta presión (aproximadamente 16 bares) y la de baja presión (aproximadamente 3 bares).

Transformación Isocórica

En un proceso isocórico, el volumen del sistema se mantiene constante.

Transformación Isotérmica

Un proceso isotérmico mantiene la temperatura constante. Esto requiere una velocidad de transformación muy baja para permitir que la temperatura del sistema se iguale con la del entorno en todo instante.

Transformación Adiabática

Una transformación adiabática es aquella en la que no hay transferencia de calor entre el sistema y su entorno, es decir, la energía se mantiene constante. Aunque una transformación adiabática pura es teóricamente imposible de lograr en la práctica, el proceso de compresión en muchos sistemas se aproxima a un proceso adiabático.

Leyes Fundamentales de la Termodinámica

Estas leyes rigen el comportamiento de la energía y la materia en los sistemas termodinámicos.

Primera Ley de la Termodinámica

La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Esta ley es también conocida como el principio de conservación de la energía.

Segunda Ley de la Termodinámica

Es imposible transformar completamente en trabajo el calor contenido en un solo sistema. Esta ley introduce el concepto de entropía y la dirección natural de los procesos.

Tercera Ley de la Termodinámica

La temperatura de 0 grados Kelvin (cero absoluto) es inaccesible, y no se pueden alcanzar valores negativos de temperatura absoluta.

El Refrigerante R134a: Propiedades y Características

El R134a es un fluido refrigerante ampliamente utilizado, caracterizado por sus propiedades específicas que lo hacen adecuado para sistemas de climatización y refrigeración.

• Su calor latente es de 215,9 KJ/KG y varía con la presión.
• Es un compuesto químico con un punto de ebullición muy bajo, aproximadamente -26 °C, que es la temperatura que adquiere el fluido al salir al exterior.
• Es incoloro e inodoro.
• No es explosivo ni combustible a temperatura y presión ambiente.
• Es más pesado que el aire.
• Puede atacar a los retenes (sellos).
• Absorbe la humedad.
• No se puede mezclar con aceites minerales.
• Se disocia a altas temperaturas.

Tipos de Compresores en Sistemas de Refrigeración

Los compresores son componentes clave en los sistemas de refrigeración y aire acondicionado, encargados de aumentar la presión del refrigerante.

Compresor de Carga Fija (Desplazamiento Fijo)

Estos compresores mantienen constante la carrera del pistón y la inclinación del plato oscilante. Durante su funcionamiento, el compresor se conecta y desconecta según sea necesario para mantener la temperatura deseada. Son comúnmente montados en sistemas de aire acondicionado.

Compresor de Carga Variable (Desplazamiento Variable)

En estos compresores, el recorrido de los pistones y la posición del disco oscilante no son fijos. La regulación de la carrera del pistón se logra variando la presión del cárter del compresor, lo que permite ajustar la capacidad de refrigeración de forma continua.

Parámetros de Confort del Aire

Velocidad del Aire y Factores de Confort

La velocidad del aire para un confort óptimo se sitúa entre 0,15 y 0,24 m/s. Los factores clave que influyen en el confort térmico son la velocidad del aire, la temperatura y la humedad.