1. UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
FACULTAD DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA
MODULO CURSO
REFRIGERACION APLICADA A LA INDUSTRIA DE ALIMENTOS
SALOMON GOMEZ CASTELBLANCO
JAIME ALBERTO LEAL AFANADOR
BUCARAMANGA, 2005

2. CONTENIDO
INTRODUCCIÓN
OBJETIVOS
UNIDAD 1 Generación de frío
Objetivos
Capitulo 1 Conceptos básicos
1.0 Estados de la materia
1.1 Termodinámica
1.2 La segunda ley de la Termodinámica
Capitulo 2 Fundamentos de la refrigeración y la congelación
2.0 Generalidades
2.1 Refrigeración mecánica
2.2 Ciclos de Refrigeración
2.2.1 Ciclo simple de refrigeración
2.2.2 Ciclo de refrigeración en dos etapas con recirculacion de líquido
2.3 Coeficientes de funcionamiento
Ejercicios de aplicación (1)
2.4 Refrigerantes
2.4.1 Clasificación de los refrigerantes
2.4.2 Características comparadas
2.4.3 Características físicas
2.4.4 Controles de flujo de los refrigerantes
2.5 Congelación
Introducción
2.5.1 Velocidad de Congelación. Recristalización.
2.5.2 Tecnicas de congelación
Ejercicios de Aplicación (2)
2.6 Atmosferas Controladas y modificadas
Ejercicios de aplicación (3)

3. Capitulo 3 Fundamentos técnicos para el cálculo de un cuarto de
refrigeración.
0bjetivos
3.1 Cargas de enfriamiento
3.2 Cálculo de cargas de enfriamiento
3.3 Condiciones para el manejo del equipo
UNIDAD 2 Las bajas temperaturas en alimentos de origen vegetal y
animal.
Objetivos
Capitulo 1 Efectos del frío en la vida poscosecha de las frutas y las Verduras
1.1 El proceso de transpiración
1.2 El proceso de Respiración
1.3 El proceso o fenómeno de la maduración
1.4 Alteraciones fisiológicas ligadas al frío
1.5 Condiciones básicas para el manejo refrigerado de frutas y hortalizas.
1.6 El pre_enfriamiento
1.7 El enfriamiento
1.8 Atmósferas modificadas y productos minimamente procesados.
Capitulo 2 Aplicación y efectos del frío en productos de origen animal
Introducción
2.1 Acción del frío sobre las reacciones químicas y bioquimicas.Cinetica
2.2 Microbiología de la carne congelada
2.3 Perdidas de peso durante la congelación, almacenamiento y descongelación
2.5 Características organolépticas y nutricionales de las carnes congeladas
Ejercicios de aplicación (4)

4. Capitulo 3 Manejo y transporte de productos precederos
Introducción
3.1 Refrigeración durante el transporte y distribución de productos.
3.2 Requerimientos de frío por grupo de productos
Ejercicios de aplicación (5)
Fuentes documentales
Anexos
El Material para el curso cuenta con un CD que incluye la guía, Modulo,
multimedia y Software de aplicación como apoyo a la acción Tutorial.
1. Descripción Multimedia (CD ) Naturaleza Viva. Frigoríficos colombianos
COLFRIGOS.
2. Descripción de los programas de aplicación.

5. INTRODUCCION
El compromiso de la agricultura consiste en la producción de los comestibles
necesarios para la alimentación de hombres y animales. Una gran parte de estos
alimentos son considerados perecederos. Dado el rápido crecimiento de la
población de la tierra no sólo debe perseguirse la transformación de las zonas
desérticas en tierras fértiles, el mejor aprovechamiento de los recursos marinos y
la mejora de los procedimientos agrícolas; si no que también precisa proteger del
deterioro los alimentos producidos, conservando su sabor y su valor alimenticio.
Para conservar los alimentos se han desarrollado muchos procedimientos,
algunos de los cuales datan de muchos siglos, e incluso milenios; sin embargo, su
aplicación a escala industrial comenzó hacia fines del siglo XVIII (Nicolás Appert
descubrió en 1795 el procedimiento de conservación en latas por esterilización al
calor y exclusión del aire). Al mismo tiempo se introdujeron los procedimientos de
secado y deshidratación artificial, que se extendieron rápidamente a los más
diferentes alimentos (frutas, verduras, leche, huevos, carnes pescado, etc.).
Paralelamente se desarrollaron otros métodos, como el ahumado, salado,
conservación con vinagre, especies, azúcar y diversos productos químicos.
También se conocía en la antigüedad, que es posible prolongar
considerablemente la duración de los alimentos conservándolos a bajas
temperaturas, utilizando el frío natural (Paramos, bodegas subterráneas,
manantiales fríos, nieve, hielo) en el caso de ciertos alimentos y bebidas.
También se ha utilizado desde hace siglos mezclas frigoríficas (nieve con sales y
ácidos); las bajas temperaturas pudieron utilizarse, en forma industrial, recién
después de la invención de la máquina frigorífica, en la primera mitad del siglo
XIX.
A diferencia de otros procedimientos, la conservación por frío es el único capaz de
minimizar cambios desfavorables en las características microbiológicas,
organolépticas y nutricionales.

6. Aunque las frutas enlatadas, los pescados ahumados, la carne oreada, las
verduras secas, las conservas, etc. pueden ser alimentos excelentes y sabrosos,
se diferencian en mucho de los productos frescos, mientras que los alimentos
conservados en frío o congelados, pueden mantener sus cualidades naturales sin
alteración, si el tratamiento es correcto.
Por lo tanto, el mantener las condiciones óptimas de almacenamiento para cada
alimento, (temperatura, humedad relativas circulación de aire), durante el tiempo
que dura, presupone la organización de la llamada "Cadena de frío", que abarca
desde la recolección…. Hasta el consumo, o la transformación industrial.
Hoy en día los grandes avances tecnológicos no han dejado de lado el empleo de
las bajas temperaturas, por el contrario en lo que concierne a la industria de
alimentos, este fenómeno físico ha tenido gran auge; la incorporación de las TICs
nos permite conocer y aplicar mas rápidamente la tecnología de barreras o
obstáculos y predecir la aparición y crecimiento de microorganismos a través de la
microbiología predictiva etc., sin dejar de mencionar el software que nos facilita la
simulación y calculo de procesos y su correspondiente validación estadística.
En cuanto al tratamiento metodológico se ha pretendido desarrollar en este
material conceptos y situaciones de real importancia para el lector, hecho por el
cual estos se han ubicado en los ejercicios de aplicación y transferencia, así como
en las auto evaluación sugeridas; se mantiene la propuesta del ing. Leal de tratar
intencionalmente los diversos sistemas de unidades de medida pues aunque es
consenso privilegiar el Sistema Internacional, aún hoy en la práctica sobresalen y,
con gran empuje, los demás sistemas.
Así se abarcan las dos unidades que lo componen: la primera, desarrolla los
conceptos termodinámicos considerados básicos para entender las técnicas de
refrigeración, congelación y atmósferas controladas en la perspectiva de la
generación del frío; la segunda, fundamenta la aplicación de las bajas
temperaturas en alimentos de origen vegetal y animal.

8. UNIDAD 1
Generación de frío
Objetivos
. Reconocer los conceptos termodinámicos básicos que sustentan el uso del frío
en la industria alimentaria.
• Diferenciar los componentes que definen un sistema refrigerante.
• Recordar los conceptos que enmarcan al fenómeno de la congelación en los
alimentos.
• Describir la técnica de atmósfera controlada.
• Reconocer la importancia de los procesos de baja temperatura para la
conservación de alimentos.

9. CAPITULO 1. CONCEPTOS BASICOS
1.0 ESTADOS DE LA MATERIA.
Toda la materia conocida, existe en una de las tres formas físicas o estados:
Sólida, líquida o gaseosa.
La materia en estado Sólido, mantiene su cantidad, forma y dimensiones físicas.
La materia en estado Líquido, mantiene su cantidad y tamaño pero no su forma.
El liquido siempre toma la forma del recipiente que lo contiene.
La materia en estado Gaseoso, no tiene una tendencia a retener ni el tamaño ni la
forma.
Movimiento molecular
Toda la materia se compone de pequeñas partículas llamadas moléculas y la
estructura molecular de la materia puede posteriormente romperse en átomos.
Cuando se aplica energía calorífica a una sustancia, se incrementa la energía
interna de las moléculas, lo cual aumenta su desplazamiento o velocidad de
movimiento; hay también un incremento en la temperatura de la sustancia.
Cuando se retira calor de una sustancia se presenta una disminución en la
velocidad del movimiento molecular y también un descenso en la temperatura de
la sustancia.

10. Cuando se retira calor de una sustancia se presenta una disminución en la
velocidad del movimiento molecular y también un descenso en la temperatura de
la sustancia.
Cambio de estado
Cuando una sustancia sólida se calienta, el movimiento molecular es
principalmente en la forma de rápido movimiento vibratorio, no desplazándose
nunca las moléculas de su posición normal u original.
Pero en alguna temperatura dada, una sustancia en particular, la adición posterior
de calor, no necesariamente incrementará el movimiento molecular dentro de la
sustancia; en su lugar, el calor adicional causará que algún sólido se fusione
(Cambia a líquido). Así el calor adicional causa un cambio de estado en el
material.
Es así como el calor puede cambiar la temperatura y el estado de las substancias
y también pueden ser absorbidos aún cuando no exista cambio de temperatura,
como cuando un sólido cambia a líquido, o cuando un líquido se cambia a vapor.
Cuando el vapor se vuelve líquido, o cuando el líquido vuelve a transformarse en
sólido, se despide la misma cantidad de Calor.
El ejemplo más común de este proceso es el agua, que existe como líquido y que
puede existir como sólido forma de Hielo y como Gas cuando se trasforma en
Vapor.
Como hielo, es una forma de Refrigeración, absorbiendo calor mientras se derrite
a una temperatura constante de 0ºC (32ºF). Si se coloca agua en un recipiente
abierto y se pone al fuego, su temperatura aumentará a la temperatura de
ebullición o sea 100ºC al nivel del mar (212ºF). Sin importar la cantidad de calor
aplicado, la temperatura no puede subir arriba de 100ºC, porque el agua se estaría
evaporando constantemente. Si este vapor pudiera ser retenido en el recipiente
evitando la ebullición y se continuará agregando calor, entonces la temperatura
podría nuevamente aumentarse. Obviamente, el proceso de evaporación o
ebullición estará absorbiendo el calor y manteniendo la temperatura a 100ºC.

11. Cuando el vapor se condensa nuevamente formando agua, despide exactamente
la misma cantidad de calor que absorbió al evaporarse.
Si el agua se congela, debe extraerse la misma cantidad de calor que fue
absorbida en el proceso de descongelamiento por medio de algún proceso para la
congelación.
Generalmente los usuarios confunden la palabra refrigeración con frío y con
enfriamiento; sin embargo, la práctica de ingeniería de refrigeración, trata casi
enteramente con la transmisión de calor.
Esta aparente paradoja es uno de los conceptos fundamentales que deben ser
comprendidas para entender la operación de un sistema de refrigeración.
1.1 TERMODINAMICA
La termodinámica es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica
del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, llamadas leyes
termodinámicas, que rigen nuestra existencia aquí en la tierra, varios de los cuales

12. son básicos para el estudio de la refrigeración. La primera y la más importante de
estas leyes dice:
“LA ENERGÍA NO PUEDE SER CREADA NI DESTRUIDA, SOLO PUEDE
TRANSFORMARSE DE UN TIPODE ENERGÍA EN OTRO”
Calor
El calor es una forma de energía, creada principalmente por la transformación de
otros tipos de energía en energía de Calor; por ejemplo, la energía Mecánica que
opera una rueda causa fricción y crea calor. Calor es frecuentemente definido
como energía en transito, porque nunca se mantiene estática, ya que siempre está
transmitiéndose desde cuerpos cálidos a los cuerpos fríos. La mayor parte del
calor en la tierra se deriva de las radiaciones del Sol.
Una cuchara sumergida en agua helada pierde su calor y se enfría; una cuchara
sumergida en café caliente absorbe el calor del café y se calienta. Sin embargo,
las palabras “Más Caliente” y “Más Frío”, son sólo términos comparativos. Existe
calor a cualquier temperatura arriba del cero absoluto, incluso en cantidades
extremadamente pequeñas. Cero absoluto es el término usado pro los científicos
para describir la temperatura más baja que teóricamente es posible lograr, en el
cuál no existe calor, y que es de –273ºC (-460ºF). La temperatura más fría que
podemos sentir en la tierra es mucho más alta en comparación con esta base.
Temperatura
La temperatura es la escala usada para medir la intensidad del calor y es el
indicador que determina la dirección en que se moverá la energía de calor.
También puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en
comparación con otro.
La temperatura se mide en Grados Fahrenheit (ºF), o se usa la escala de Grados
Centígrados, algunas veces llamadas Celsius. Ambas escalas tienen dos puntos
básicos en común: el punto de congelación y el de ebullición del agua al nivel del
mar. Al nivel del mar, el agua se congela a 0ºC o a 32 ºF y hierve a 100 ºC o a
212ºF. En la escala Fahrenheit la diferencia de temperatura entre estos dos
puntos está dividida en 180 incrementos de igual magnitud llamados grados

13. Fahrenheit, mientras que en la escala Centígrados, la diferencia de Temperaturas
está dividida en 100 incrementos iguales llamados Grados Centígrados.
Medida de calor.
La medida de la temperatura no tiene ninguna relación con la cantidad de calor.
Una llamada de fósforo puede tener la misma temperatura que una hoguera, pero
obviamente la cantidad de calor que despide es totalmente diferente.
La unidad básica para medir calor usado en nuestro país, es la caloría que se
define como la cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de un
gramo de agua 1 ºC. Por ejemplo, para aumentar la temperatura de un litro de
agua de 95 a 100 ºC, se requieren 5000 calorías.
Sin embargo, la unidad de calor empleada comúnmente es la Kilo-Caloría (KCAL)
que equivale a 1.000 calorías y que pueden ser definidas como la cantidad de
calor necesaria para elevar la temperatura de un Kg. De Agua, un grado
Centígrado.
En el sistema Inglés, la unidad de calor es la BRITISH THERMAL UNIT (B.T.U.).
Un B.T.U. Puede definirse como la cantidad de calor necesaria para elevar la
temperatura de una libra de agua 1 ºF. Por ejemplo: Para aumentar la temperatura
de un Galón de agua (aproximadamente 8,3 lb.) de 70 º F a 80 ºF, se requieren 83
BTU.
Calor específico.
El Calor específico de una sustancia es su capacidad relativa de absorber o ceder
calor tomando como base la unidad de agua pura, y se define como la cantidad de
Kilocalorías o (BTU) necesarias para aumentar o disminuir la temperatura de un

14. Kilo o (libra) de cualquier sustancia en 1ºC o (1ºF). Por definición, el calor
específico del agua es 1,0 pero la cantidad de calor necesaria para aumentar o
disminuir la temperatura de otras substancias varía. Se requieren, por ejemplo,
únicamente 0,64 Kcal. por Kilo (0,64 BTU por libra) para aumentar o disminuir la
temperatura de un kilo (Libra) de Aluminio 1 ºC (1ºF), por lo tanto, los calores
específicos de estas dos substancias son 0,64 y 0,22 respectivamente.
Calor sensible
El calor sensible se define como el calor que provoca un cambio de temperatura
en una sustancia. En otras palabras es como su nombre lo indica, el calor que
puede percibirse por medio de los sentidos. Cuando la temperatura del agua se
eleva de 0ºC a 100ºC, hay también un aumento de calor sensible.
Calor latente
Calor latente es el que necesita para cambiar un sólido en líquido, o un líquido en
gas, es decir cambiar de estado, sin variar la temperatura de la sustancia. La
palabra latente significa “oculto”, o sea que este calor requerido para cambiar el
estado de una sustancia y no es percibido por los sentidos.
Tonelada americana de refrigeración
Aún en nuestro medio es muy frecuente hablar de toneladas de refrigeración, la
cual es realmente una unidad americana basada en el efecto frigorífico de la
fusión del hielo. La tonelada de refrigeración puede definirse como la cantidad de
calor absorbida por la fusión de una tonelada de hielo sólido puro en 24 horas.
Puesto que el calor latente de fusión de una libra de hielo es de 144 BTU, el calor
latente de una tonelada americana (2000 libras) de hielo será 144 * 2000, o sea
288,000 BTU por 24 horas.
Para obtener el calor por hora es necesario dividir entre las 24 horas, lo cual da
una cantidad de 12.000 BTU/HORA, que recibe el nombre de “TONELADA DE
REFRIGERACION”. Puesto que el calor latente del hielo en el sistema métrico es
de 80 Kilo- Calorías y que y una tonelada americana e igual a 907.187 kilos, la
tonelada de refrigeración es igual a 80 * 907.185 o sea 72.575 kilo- calorías por 24
horas, es decir, 3.024 kilo-calorías por hora.

15. Calor latente de fusión
El cambio de una sustancia de sólido a líquido o de líquido a sólido requiere calor
latente de fusión. Este también puede llamare calor latente de fusión o calor
latente de congelación.
Cuando se derrite un kilo de hielo, éste absorbe 80 kilo-calorías (144 BTU) a una
temperatura constante de 0ºC (32ºF); del mismo modo, cuando se congela un kilo
de agua para convertirla en hielo, deben sustraérsele 80 kilo- calorías (144 BTU) a
una temperatura constante de 0ºC (32ºF). En la congelación de productos
alimenticios, únicamente se considera el calor latente del porcentaje de agua que
estos contienen; por tanto, el calor latente se conocerá, determinado e porcentaje
de agua que existe en dichos productos.
Calor latente de evaporación
Para cambiar una sustancia de líquido a vapor y de vapor a líquido se requiere
calor latente de evaporación.
Puesto que la ebullición es sólo un proceso acelerado de evaporación, este calor
también puede llamarse calor latente ebullición, calor latente de evaporación, o
para el proceso contrario, el calor latente de condensación.
Cuando un kilo de agua hierve o se evapora, absorbe 539 kilo- calorías (970 BTU)
a una temperatura constante de 100ºC (212ºF) al nivel del mar; igualmente, para
condensar un kilo de vapor deben sustraerse 539 kilo- calorías (979 BTU).
Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporación y en la
condensación, la transmisión de calor puede ser eficiente mediante este proceso.
Los mismos cambios de estado que afectan al agua se aplican también a
cualquier líquido a diferentes presiones y temperaturas.
La absorción de calor para cambiar un líquido a vapor y la sustracción de este
calor para condensar nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la
refrigeración mecánica y la transmisión del calor latente requerido, es el
instrumento básico de la refrigeración.

16. El cambio de una sustancia de sólido a líquido o de líquido a sólido requiere calor
latente de fusión. Este también puede llamare calor latente de fusión o calor
latente de congelación.
Cuando se derrite un kilo de hielo, éste absorbe 80 kilo-calorías (144 BTU) a una
temperatura constante de 0ºC (32ºF); del mismo modo, cuando se congela un kilo
de agua para convertirla en hielo, deben sustraérsele 80 kilo- calorías (144 BTU) a
una temperatura constante de 0ºC (32ºF). En la congelación de productos
alimenticios, únicamente se considera el calor latente del porcentaje de agua que
estos contienen; por tanto, el calor latente se conocerá, determinado e porcentaje
de agua que existe en dichos productos.
Calor latente de evaporación
Para cambiar una sustancia de líquido a vapor y de vapor a líquido se requiere
calor latente de evaporación.
Puesto que la ebullición es sólo un proceso acelerado de evaporación, este calor
también puede llamarse calor latente ebullición, calor latente de evaporación, o
para el proceso contrario, el calor latente de condensación.
Cuando un kilo de agua hierve o se evapora, absorbe 539 kilo- calorías (970 BTU)
a una temperatura constante de 100ºC (212ºF) al nivel del mar; igualmente, para
condensar un kilo de vapor deben sustraerse 539 kilo- calorías (979 BTU).
Debido a la gran cantidad de calor latente que interviene en la evaporación y en la
condensación, la transmisión de calor puede ser eficiente mediante este proceso.
Los mismos cambios de estado que afectan al agua se aplican también a
cualquier líquido a diferentes presiones y temperaturas.
La absorción de calor para cambiar un líquido a vapor y la sustracción de este
calor para condensar nuevamente el vapor, es la clave para todo el proceso de la
refrigeración mecánica y la transmisión del calor latente requerido, es el
instrumento básico de la refrigeración.

18. Calor latente de sublimación
El proceso de sublimación es el cambio directo de un sólido a un vapor sin pasar
por el estado líquido, que puede ocurrir en algunas sustancias. El ejemplo más
común es el uso de “hielo seco” o sea dióxido de Carbono para enfriar. El mismo
proceso puede ocurrir con hielo abajo de su punto de congelación, y se utiliza
también en algunos procesos de congelamiento a temperaturas extremadamente
bajas y altos vacíos. El calor latente de sublimación es igual a la suma de calor
latente de fusión y el calor latente de evaporación.
Temperatura de saturación
Saturación es la condición de temperatura y presión en la cual el líquido y el vapor
pueden existir simultáneamente. Un líquido o vapor esta saturado cuando está en
su punto de ebullición (para el nivel del mar, la temperatura de saturación del agua
es de 100ºC o 212 ºF). A presiones más altas la temperatura de saturación
aumenta, y disminuye a temperatura más baja.
Vapor sobrecalentado
Cuando un líquido cambia a vapor, cualquier cantidad adicional de calor
aumentará su temperatura (calor sensible). Siempre y cuando la presión a la que
se encuentre expuesto se mantenga constante. El término vapor sobrecalentado
se emplea para denominar un gas cuya temperatura se encuentre arriba de su
punto de ebullición o saturación. El aire a nuestro alrededor contiene vapor
sobrecalentado.
Líquidos subenfriados
Cualquier líquido que tenga una temperatura inferior a la temperatura de
saturación corresponde a la presión existente, se dice que s encuentra
subenfríado. El agua a cualquier temperatura por debajo de su temperatura de
ebullición (100ºC al nivel del mar) está subenfríada.

19. Presión
Presión atmosférica
La presión se expresa como una fuerza perpendicular ejercida sobre un área o
superficie. Pues bien la presión atmosférica será la fuerza de gravedad que atrae
la capa de gases que componen la atmósfera sobre la superficie terrestre, y se
denomina presión atmosférica estándar a la presión atmosférica a nivel del mar.
Presión absoluta
Generalmente, la presión absoluta expresa en términos de bar o de kilogramo-
fuerza por centímetro cuadrado o (libras-fuerza por pulgada cuadrada) y se cuenta
a partir del vacío perfecto en el cual no existe la presión atmosférica. Por tanto en
el aire a nuestro alrededor, la presión absoluta y la atmósfera son iguales.
Presión manométrica
Un manómetro de presión está calibrado para leer 0 kilogramo-fuerza por
centímetro cuadrado o (libras-fuerza por pulgada cuadrada) cuando no está
conectado a algún recipiente con presión; por tanto, la presión absoluta de un
sistema cerrado será siempre la presión manométrica más la presión atmosférica.
Las presiones inferiores a la presión atmosférica Standard son realmente lecturas
de depresión en los manómetros y se denominan vacíos. Un manómetro de
refrigeración mixto (compound) está calibrado en el equivalente en milímetros
(pulgadas) de Mercurio por las lecturas de depresión. Puesto que 1.03 Kg./cm2
(14.7 PSI) equivale aproximadamente a 760 milímetros de columna de Mercurio
(29.92 pulgadas). Es importante recordar que la presión manométrica es siempre
relativa a la presión absoluta. Diferentes tablas demuestran la relación de
presiones a diferentes altitudes suponiendo que las condiciones atmosféricas sean
normales.
1.3 SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
La segunda ley de la termodinámica, como se discutió antes establece que se
transfiere calor en una sola dirección, de mayor a menor temperatura; esto tiene
lugar a través de tres modos básicos de transferencia de calor que se detallan a
continuación.

20. Conducción
La conducción se describe como la transferencia de calor entre las moléculas
cercanas de una sustancia, o entre sustancias que están tocándose o en un
contacto físico real con la otra. Cuando la transferencia de calor ocurre en una
sola sustancia, tal como una varilla de metal con un extremo en una llama de
fuego, el movimiento de calor va hasta que hay un balance de temperatura a todo
lo largo de la longitud de la varilla.
Si la varilla se sumerge en agua, las moléculas que se mueven rápidamente sobre
la superficie de la varilla transmitirán algún calor a las moléculas del agua y otra
transferencia de calor por conducción tendrá lugar.
Cuando la superficie exterior de la varilla se enfría, hay aún algún calor dentro de
la varilla y este continuará transfiriéndolo a las superficies exteriores de la varilla y
luego al agua hasta que se alcanza el balance de temperatura.
La velocidad con la cual el calor se transfiere por medio de la conducción varía
con las diferentes sustancias o materiales si éstas poseen iguales dimensiones. La
tasa de transferencia de calor variará de acuerdo a la habilidad de los materiales o
sustancias para conducir calor.
Los sólidos, en general son mucho mejore conductores que los líquidos; y a su vez
los líquidos conducen el calor mejor que los gases o los vapores.
La mayoría de los metales tales como la plata, cobre, acero y el hierro, conducen
el calor mucho más rápidamente, mientras que otros materiales tales como vidrio,
la madera y otros materiales de construcción, transfieren el calor en una tasa
mucho más lenta y por consiguiente solo usados como aislantes.
El Cobre es un excelente conductor de calor como lo es el Aluminio. Estas
sustancias son ordinariamente usadas en los evaporadores, condensadores y
tubería de refrigerante que conecta los varios componentes de un sistema de
refrigeración, aunque el hierro es ocasionalmente usado con algunos refrigerantes.
La tasa a la cual el calor pueda conducirse a través de varios materiales depende
de factores tales como:

21. a) El espesor del material
b) La diferencia de temperatura entre los lados del material
c) La conductividad térmica (factor k) de un material
d) El tiempo de duración del flujo de calor.
La siguiente tabla presenta los factores de conductividad térmica de algunos
materiales comunes.
Los factores k están dados en [(Kcal./ (hr x Mt x ºC)] estos factores pueden
utilizarse correctamente a través del uso de la siguiente ecuación:
DONDE:
A : Área seccional en Mt2
K : Conductividad térmica en [Kcal/(h)(Mt)(ºC)]
.T: Diferencia de temperatura entre los dos lados
X: Espesor del material en Metros.

22. Los materiales de una alta conductividad se usan dentro del sistema de
refrigeración en si mismo a causa de que es deseable que una transferencia de
calor rápida ocurra tanto en el evaporador como en el condensador.
El evaporador es donde el calor se remueve, del espacio refrigerado o el proceso
que ha estado en contacto directo con la sustancia. El condensador disipa este
calor a otro medio o espacio.
En el caso del evaporador el producto o aire está a una mayor temperatura que el
refrigerante dentro de la tubería y hay una transferencia de calor de mayor a
menor temperatura; mientras que en el condensador el vapor del refrigerante está
a una mayor temperatura que la del medio enfriarte viajando a través del
condensador, y aquí de nuevo hay una transferencia de calor de mayor a menor
temperatura.
Convección
Otro medio de transferencia de calor es por el movimiento de material calentado
en sí mismo cuando se trata de un líquido o gas. Cuando el material se calienta,
las corrientes de convección son producidas dentro del mismo y las porciones más
calientes de él suben, ya que el calor trae consigo el decrecimiento de la densidad
del fluido y un incremento en su volumen específico.
El aire dentro de un refrigerador y el agua que se calienta en una vasija son
ejemplo primario de los resultados de las corrientes de convección.
El aire en contacto con el serpentín de enfriamiento de un refrigerador llega a
enfriarse y por consiguiente se vuelve más denso, y empieza a bajar a la parte
inferior e éste. Al hacerlo absorbe inferior calor de los alimentos y de las paredes
del refrigerador, el cual a través de conducción, ha ganado calor del cuarto
Después de que el calor ha sido absorbido por el aire, éste se expande
volviéndose más liviano y sube nuevamente al serpentín enfriador en donde el
calor nuevamente se renueva de él. El ciclo de convección se repite siempre que
haya una diferencia de Temperatura entre el aire y el evaporador.
Las corrientes de Convección tales como las explicadas aquí son naturales, y, o
como el caso de un refrigerador, el flujo natural es un flujo lento. En algunos casos

23. la convección debe incrementarse con el uso de ventiladores o sopladores; en el
caso de los líquidos se usan bombas para forzar la circulación y la transferencia
de calor de un lugar a otro.
Radiación
Un tercer medio de transferencia de calor es la radiación por medio de ondas
similares a las de la luz o las ondas de sonido. Los rayos del sol calientan la tierra
por medio de ondas de calor radiantes el cual viaja en caminos rectos sin calentar
la materia que interviene en su recorrido o el aire. El calor de un bulbo de luz o de
una estufa caliente es radiante en naturaleza y se siente cuando se está cerca de
ella, aunque el aire entre la fuente y el objeto cuando los rayos pasan a través de
él no se calienta.
Si usted ha estado relajándose en un edificio sombreado o en un árbol en un día
caliente o soleado y se mueve directamente a los rayos del sol, el impacto directo
de las ondas caloríficas le golpeará como un pesado martillo aún cuando la
temperatura del aire en la sombra es aproximadamente la misma que en la
parte soleada. A bajas temperaturas hay solamente una pequeña cantidad de
radiación, y solamente se sienten pequeñas diferencias de temperatura, por
consiguiente la radiación tiene pequeño efectos en el proceso real de
refrigeración, pero los resultados de la radiación de los rayos solares pueden
causar un incremento en la carga de refrigeración en un edificio expuesto a estos
rayos.
El calor radiante es rápidamente absorbido por materiales o sustancias oscuras o
mates, mientras las superficies o materiales con colores claros, reflejarán las
ondas de calor radiante, como lo hacen con los rayos de luz.
Este principio también se utiliza en el campo del Aire Acondicionado, donde, con
techos y paredes claras, penetrará menos calor radiante en el espacio
acondicionado, reduciendo así el tamaño del equipo de enfriamiento requerido.
El calor radiante también penetra fácilmente las ventanas con vidrios claros, pero
es absorbido por vidrios opacos o traslúcidos.

24. Cuando el calor radiante o energía (ya que todo el calor es energía) es absorbido
por un material o sustancia, se convierte en calor sensible, el cual puede sentirse
o medirse. Todo cuerpo o sustancia absorbe energía
radiante en algunas cantidades, dependiendo de la diferencia de temperatura
entre el cuerpo específico o sustancia y la otra sustancia. Toda sustancia radiará
energía cuando su temperatura es mayor que el cero absoluto y otra sustancia
próxima este a menor temperatura.
Si un carro se deja sol bajo el sol caliente, con las ventanas cerradas durante un
período de tiempo largo, la temperatura dentro del carro será mucho mayor que la
del medio ambiente que lo rodea. Esto demuestra que la energía absorbida por los
materiales de los cuales se construye el carro se convierte a calor sensible, que
puede medirse.

25. Capitulo 2. Fundamentos de la Refrigeración
2.1 Generalidades
Las bajas temperaturas son una herramienta importante para la conservación de
alimentos perecederos, la reducción de temperatura tiene un efecto sobre los
procesos fisiológicos del producto sobre las reacciones bioquímicas que integran
el proceso metabólico global característico de cada tejido biológico.
La velocidad de estas reacciones decrece a partir de los niveles óptimos de
temperatura para la actividad específica de enzimas, por lo tanto, el frío reduce el
ritmo y velocidad de los procesos de respiración, transpiración, maduración y
deterioro, así mismo, las bajas temperaturas reducen la acción de
microorganismos patogénicos que puedan causar efecto negativo sobre los seres
humanos y animales.
El enfriamiento es el proceso que retira el calor de una sustancia o producto con el
fin de reducir su temperatura y mantenerla a un nivel adecuado. El calor es una
forma de Energía térmica en transición de un sistema a otro a través del límite que
los separa debido solo a la diferencia de temperatura entre los sistemas. El frío es
la expresión de un nivel relativamente bajo de calor, durante el almacenamiento
refrigerado el producto es enfriado mediante su remoción de calor.
CONCEPTO DE CARGA TÉRMICA
La carga térmica
Para mantener fría una cámara y todo lo que este contenida en ella, es necesario
extraer el calor inicial y después el que pueda ir entrando en la cámara por bien
aislada que este.
El requerimiento total de refrigeración, Q total, puede establecerse como siguiente:
Q total = Q producto + Q otras fuentes
En la anterior expresión, los términos del segundo miembro tienen el siguiente
significado:

26. Q producto = representa los sumandos necesarios que tiene en consideración en
la carga térmica a eliminar procedente del calor sensible, del calor latente de
solidificación, de las reacciones químicas del embalaje y del calor absorbido para
la congelación del agua de los alimentos o productos que se desea refrigerar.
Q otras fuentes = Incluye entre otros los flujos de calor a través de los
cerramientos de la cámara por transmisión de paredes, suelo y techo, la
refrigeración para el aire exterior que se introduce, la ventilación, las cargas
térmicas debidas a ventiladores, bombas, iluminación eléctrica, personas que
manipulan los productos, etc.
Como el calor generado en las 24 horas de un día se ha de extraer en un número
de horas menor, en las horas de funcionamiento diario, la potencia frigorífica de la
maquinaria NR habrá de ser superior a la potencia Q total calculada para extraer
en las 24 horas. Su valor será:
Transmisión de calor a través de estructura
La ganancia de Calor a través de paredes, pisos y techos, variará según las
siguientes características:
A.- Tipo de Construcción.
B.- Área expuesta a diferentes temperaturas
C.- Tipo y espesor del aislante
D.-Diferencia de Temperatura entre el espacio refrigerado y la temperatura
ambiental.
Este cálculo se establece a partir de la ecuación:
Q = A X U (T°exterior -- T° interior)

27. Donde:
A =Área de Intercambio
U = Coeficiente Global de Transferencia
T Ext. = Temperatura Exterior
T int. = Temperatura Interior
2.1 La refrigeración mecánica
En esta parte analizaremos uno de los fenómenos de mayor utilización dentro de
los procesos de conservación de la industria alimentaria.
Recordemos cómo el propósito principal de un “sistema de refrigeración” es el de
mantener un cuerpo cualquiera a una temperatura menor a la del medio que le
rodea. De hecho, la refrigeración se fundamenta, desde el punto de vista
termodinámico, en la diferencia existente entre las temperaturas de saturación o
condensación de los vapores a diversas presiones, también sabemos que en la
medida en que disminuye la presión dentro de un equipo refrigerador al mismo
tiempo disminuyen las temperaturas de condensación. Este principio se constituye
entonces en la base conceptual que permite entender el fenómeno de la
refrigeración. Observemos la siguiente figura:
FIGURA 1. Sistema de refrigeración (Esquema)

28. Analicemos rápidamente los componentes marcados en la figura anterior:
En el evaporador, la presión sobre el refrigerante es lo suficientemente baja como
para que la evaporación del liquido refrigerador tenga lugar a una temperatura
baja previamente elegida. En el se sucede el fenómeno de la evaporación que
consiste en extraer del entorno a la temperatura baja ya conocida previamente, el
calor latente de vaporización del líquido refrigerante. Posteriormente, en el resto
del sistema y como paso siguiente los vapores son aspirados por el compresor
que eleva su presión y los envía al condensador, allí el líquido refrigerante cede su
calor latente de vaporización.
Entonces, la refrigeración consiste en un transporte de calor de una fuente de
baja temperatura –evaporador- hasta una fuente de alta temperatura –
condensador- . Como medio de transporte se emplea un refrigerante que es un
elemento que en el evaporador toma el calor y lo descarga en el condensador. El
intercambio de calor se hace a través de superficies cerradas, luego el refrigerante
únicamente esta en contacto con los equipos necesarios para el ciclo.
En síntesis, el ciclo de refrigeración está integrado por tres equipos básicos como
lo son: el evaporador, el compresor y el condensador; en él ocurren los fenó-
menos de evaporación a baja presión y baja temperatura seguidos por etapas de
compresión y condensación a temperatura atmosférica y presiones elevadas, aquí
el líquido a elevada presión pasa del condensador hasta el evaporador por
intermedio de una válvula (de expansión) que permite, a partir de este punto la
repetición del ciclo.
Es importante tener en cuenta que el manejo de las temperaturas de evaporación
y condensación está sujeto al ajuste de presiones. Por ejemplo, una presión alta la
puede determinar la temperatura del agua de refrigeración disponible. En el caso
de la presión de evaporación, ésta es generalmente regulada por la necesidad que
tenga el producto que se vaya a conservar, de una temperatura baja específica o
de una velocidad de enfriamiento o congelación también específica. El uso de
temperaturas de evaporación bajas significa, un mayor trabajo de los compresores
y mayores volúmenes de vapor a baja presión, es decir, un alto costo de
operación.
Abordaremos a continuación los principales aspectos termodinámicos que deben
ser tenidos en cuenta durante un proceso o ciclo de refrigeración:

29. Figura 2. Esquema ciclo de refrigeración
1. Aspiración del compresor. Tenemos gas sobrecalentado a baja presión, el
compresor aspira los vapores que se forman en el evaporador.
2. Descarga del compresor. Tenemos gas a alta presión y alta temperatura, esta
presión es la presión de condensación.
3. Entrada al condensador. A la misma presión que el punto 2 pero con algo
menos de temperatura.
4. Condensador. Una mezcla de gas saturado y líquido a la presión de
condensación aquí la temperatura ya ha disminuido. A medida que vamos
saliendo del serpentín o intercambiador cada vez hay más líquido y menos gas.
De esta manera al licuar el gas el sistema traspasa calor el medio.

30. 5. Aquí, si el proceso de condensación ha sido eficiente, tenemos líquido saturado,
a presión de condensación.
6. Salida del depósito de líquido (sí lo hay). En algunas instalaciones grandes se
pone un depósito de líquido capaz de guardar el 125% de todo el gas que cabe en
la instalación, para recuperarlo si tenemos una avería y no perderlo, y también
como acumulador que permite suministrar líquido a la válvula de expansión sean
cuales sean las condiciones en las que trabaje la instalación, .El depósito de
líquido estará casi lleno cuando la instalación este a baja carga y estará casi vacío
cuando la instalación este a plena carga y las válvulas de expansión se abran para
regar el evaporador. Tiene una llave en su salida para poderla cerrar y recuperar
el gas que queda encerrado entre esta válvula y la válvula de descarga del
compresor (que no deja pasar el fluido hacia atrás).
7. Líquido a la presión de condensación pero subenfriado; cuanto mayor sea el
subenfriamiento mejor rinde la instalación ya que el refrigerante dispone de más
entalpía en su evaporación para llevarse el calor del evaporador. Dicho de otra
manera, para el mismo desplazamiento del compresor (que mueve unos
determinados kilos de refrigerante) se tiene una mayor diferencia de entalpía por
kilo de refrigerante.
8. Salida, prácticamente igual que en el punto 7 menos una pequeña pérdida de
carga que produce este filtro. Recordar que a cada presión corresponde una
temperatura y si perdemos presión también baja la temperatura.
9. Entrada a la válvula de expansión. A la misma temperatura y presión que en el
punto 8.
10. Salida de la válvula de expansión. El refrigerante sale prácticamente en estado
líquido. Debido a la baja presión a la que ahora está sometido, el refrigerante sale
a baja temperatura.
11. Entrada al evaporador. Similares condiciones al punto 10.
12. El refrigerante en el evaporador. Por contacto térmico, el refrigerante se enfría
y se gasifica, absorbiendo calor del medio. Es en este punto donde se produce el
efecto útil del enfriamiento.

31. 13. La salida del evaporador. Vapores del refrigerante salen a presión y
temperatura muy baja.
2.2 CICLOS DE REFRIGERACION
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR
Diagrama presión entalpía
Para realizar ciertos cálculos en instalaciones de refrigeración es preciso disponer,
y saber manejar, los diagramas que permiten trabajar a diferentes presiones,
temperaturas y contenido entálpicos del medio refrigerante que se utilice. Los
diagramas permiten obtener los datos termodinámicos que se necesitan para
resolver los problemas que se plantean en los ciclos de refrigeración.
Hay varios tipos de diagramas; Uno de los más empleados es el de presión-
entalpía.
Este diagrama tiene la presión en ordenadas (eje vertical) y la entalpía en absisas
(eje horizontal). Mediante líneas que atraviesan el diagrama se indican la
temperatura, el volumen específico y a entropía.
En el diagrama modélico indicado puede apreciarse las zonas de Vapor saturado,
líquido saturado, vapor recalentado, liquido subenfriado y mezcal liquido- vapor en
el interior de la campana.
Cada refrigerante tiene su propio diagrama
Esto quiere decir que el diagrama de cada refrigerante tiene su propia forma y
dimensiones y no puede utilizarse un diagrama cualquiera para todos los casos,
sino que debe utilizarse el específico del refrigerante.
Vamos a repasar el significado de las diferentes zonas.
Vapor Saturado:
Es vapor que se encuentra en equilibrio con su fase liquida a presión y
temperaturas especificadas.
Vapor Recalentado: Es vapor que se ha calentado. Esta representado por la zona
de la derecha de la campana.
Líquido Saturado: Es líquido que está a punto de hervir. Esta representado por la
curva de la izquierda de la campana.

32. Líquido Subenfríado: Es un líquido a una temperatura inferior a la de saturación.
Esta representado por la zona de la izquierda de la campana.
Mezcla líquido- Vapor: Es la zona interior de la campana. La campana esta
rematada por el punto Crítico, que representa unas condiciones de presión y
temperaturas tales que no distingue el estado del fluido (si es liquido o gas)
En el proceso tienen lugar dos fenómenos con balance de calor:
La evaporación de un refrigerante en estado líquido produce la absorción de calor
o, lo que es lo mismo, baja la temperatura en el recinto o cámara donde se
encuentra, produciendo sensación de frío.
La condensación del Vapor de un refrigerante se produce mediante una sesión de
calor al ambiente, lo cual se traduce en una elevación de temperatura el mismo.
Este proceso es continuo y depende de las condiciones que los elementos que
configuren la instalación impongan al refrigerante, de modo que pueda seguirse
desde cualquier punto.
En la figura, veamos el ciclo que se producirá en un circuito frigorífico ideal sobre
el diagrama Presión- entalpía de cualquier refrigerante. Sobre las abscisas se
representa la entalpía del refrigerante en Kjoule/Kg y sobre las ordenadas la
presión en Psi o bar. El diagrama es conocido para cada refrigerante, y su
principal elemento característico es la curva de saturación del mismo, como ya se
ha explicado.

33. Diagrama Presión Entalpía
Situémonos en el punto antes del dispositivo de expansión, previa al evaporador,
en que el refrigerante se encuentra en estado líquido a una cierta presión; su paso
al evaporador se controla mediante un dispositivo cuya función es regular el paso
de refrigerante. Dicha válvula produce una estrangulación brusca que hace que a
presión descienda desde la que tenía a la salida del condensador hasta la
existente a la entrada del evaporador.
La válvula es el regulador automático de los límites entre los que se denomina
parte de alta presión y parte de baja presión, presiones entre las cuales la válvula
se ve forzada de trabajar.
Esta bajada de presión en el evaporador hace que el refrigerante hierva y se
produzca su evaporación, auxiliado por la cantidad de calor que absorbe del
recinto en que se encuentra, a través del aire del mismo y transfiriéndolo al liquido,
que se va transformando en vapor en el interior de los tubos de serpentín hasta
que se evapora completamente.

34. El refrigerante, en forma de gas, entra en el compresor por la tubería denominada
de aspiración o succión, a través de la válvula de aspiración (semejante a los
cilindros de un carro). Aquí el refrigerante es comprimido aumentando por ello su
presión y su temperatura hasta llegar al punto en cuyas condiciones fluye hasta la
entrada del condensador.
La válvula de salida del cilindro del compresor actuará de retención, impidiendo
que el gas regrese hacia el mismo. En el condensador, mediante la acción de un
fluido exterior (aire, agua o ambas a la vez), se extrae calor al gas refrigerante, lo
cual produce un enfriamiento del mismo favoreciendo su condensación hasta
alcanzar el estado liquido; a partir de aquí s impulsado de nuevo por la tubería
hacia la válvula de expansión, punto donde se repite el ciclo explicado.
Como puede observarse, en el proceso existen varias temperaturas diferentes, lo
cual hace que el estado refrigerante sea distinto en varios puntos; por ejemplo, se
obtiene líquido subenfriado y saturado, vapor saturado y sobrecalentado, como se
verá en el ciclo real.
No obstante, en principio solo hay dos presiones perfectamente diferenciadas, que
son las que corresponden a la evaporación y a la condensación.
Es por ello que puede hablarse del LADO DE ALTA PRESIÓN y del LADO DE
BAJA PRESIÓN de una planta o instalación frigorífica.
Distingamos las características de presión (p), temperatura (t) y entalpía (h) de los
puntos más representativos del proceso sobre dichas figuras.
El refrigerante condensado, esta a una temperatura tc (de condensación) y a una
determinada presión pc (presión de condensación) y a una entalpía h1.
Cuando el líquido pasa a través de la válvula de expansión su estado disminuye
su presión y aumenta su velocidad. Esta variación permite que cambie de estado,
se produce por la ebullición del líquido, provocada por la caída brusca de presión,
bajando al mismo tiempo la temperatura. En este proceso el calor es constante,
por lo que la entalpía no varía.
A la entrada del evaporador, coexiste una mezcla de vapor y liquido (parte interior
de la curva p-h), mientras que a la salida del mismo, el vapor esta saturado.

35. La presión y la temperatura son las mismas, pero como el evaporador ha
absorbido calor del recinto donde se encuentro, la entalpía ha aumentado antes de
la entrada del compresor.
Cuando el vapor pasa por el compresor, este le confiere un aumento de presión al
vapor ha llegado, hasta el punto de presión de condensación. Esta energía
añadida por el compresor hace que aumente la temperatura hasta el valor
necesario, como consecuencia de haber sido recalentado el vapor, y la entalpía,
por tanto, a la entrada del condensador, encontramos, pues, vapor recalentado a
una presión de condensación. Allí se evacua el calor al medio ambiente, hasta
conseguir que su entalpía descienda de nuevo, por tener lugar el proceso de
cambio de estado de gas a líquido. En la práctica, el ciclo ideal o teórico no se
produce exactamente como se ha descrito, ya que debido a otras causas, suelen
producirse variaciones que apartan sensiblemente el comportamiento del
refrigerante de su ciclo teórico. Es el denominado ciclo real y sus diferencias
principales se encuentran las características de los elementos que constituyen a la
instalación (evaporadores, condensadores compresores y tubería de refrigerante)
en forma de recalentamiento o subenfriamientos que varían las condiciones
teóricas de los valores de presión y temperatura, fundamentalmente.
2.2.1 Ciclo de refrigeración en una etapa
El ciclo de refrigeración en una etapa consta de cuatro procesos que transportan
calor desde una fuente de baja temperatura (cámara fría), hasta una fuente de alta
temperatura (atmósfera).
Los equipos necesarios para el ciclo son:
Evaporador.
Compresor.
Condensador.
Válvula de expansión.
Refrigerante.

36. Figura 3 Ciclo simple de refrigeración mecánica
Los cuatro procesos básicos del sistema de refrigeración son:
Evaporación 1 - 2: Existe un intercambio de calor entre el cuarto frío y el
refrigerante. El refrigerante cambia de fase a presión constante.
Compresión 2 - 3: El compresor eleva la presión del refrigerante, para
elevar su temperatura.
Condensación 3 - 4: Existe un intercambio de calor entre el refrigerante y
la atmósfera. El refrigerante baja su temperatura y luego cambia de fase,
esto ocurre a presión constante.
Expansión 4 - 1: El refrigerante baja súbitamente su presión y de esta
forma baja también su temperatura. El proceso ocurre a entalpía constante.

37. Figura 4. Diagrama presión del refrigerante Vrs Nivel de energía
Entalpía
El balance térmico de este sistema genera los siguientes resultados:
Capacidad del Evaporador:
Qe = m * (h2 - h1)
Potencia del compresor:
Wc = m * (h3 - h2)
Capacidad del condensador:
Qc = m * (h3 - h4)
En el diagrama se observa que:

38. (h2 - h1) + (h3 - h2) = (h3 - h4)
Así que: Qe + Wc = Qc
La eficiencia de un sistema de refrigeración la determina el coeficiente de
operación: COP = Qe / Wc
1 TR = 3.517 kW, 1 Hp = 0.746 kW, 1 kW = 3412.14 BTU / hr
2.2.2 Ciclo de refrigeración en dos etapas con recirculación de líquido
En un sistema de refrigeración industrial se hacen variaciones al sistema en una
etapa con el fin de:
Aumentar la capacidad de refrigeración.
Disminuir la energía consumida.
Para esto se deben agregar los siguientes elementos:
Otro compresor.
Un recirculador.
Un interenfriador.
Elementos auxiliares (recibidores, purgadores, válvulas y otros).
Figura 5.Ciclo de refrigeración de dos etapas con recirculación de líquido

39. Los procesos de este ciclo son básicamente los mismos pero hay dos diferencias:
En el recirculador se acumula refrigerante líquido en la parte inferior y se
bombea hacia los evaporadores. En el ciclo simple a los evaporadores llega
refrigerante directamente de la expansión. Por esto se aumenta la
capacidad de refrigeración.
h4 -h3 > hb – ha
La energía que consume el compresor de baja y el de alta es menor que la
energía que consume el compresor en una etapa, siempre que trabajen
entre los mismos niveles de presión. De esta forma el consumo de energía
es menor y es óptima a determinada presión intermedia.
(h6 - h5) + (h8 - h7) < hc – hb

40. Figura 6. Diagrama de presión del amoniaco Vrs nivel de energía. Entalpía
En la figura 7 se pueden demostrar los anteriores enunciados:
CAPACIDAD DE REFRIGERACION:
Sin recirculación = 1396 - 302 = 1094 kJ / kg.
Con recirculación = 1396 - 81 = 1315 kJ / kg.
Incremento (%) = 20.20%. Reducción en el tamaño de todos los equipos (más
económicos).
ENERGIA CONSUMIDA EN COMPRESION
En una etapa = 1814 - 1396 = 418 kJ / kg.
En dos etapas = (1558 - 1396) + (1663 - 1430) = 395 kJ / kg.
Ahorro de energía (%) = 5.50%. Si al mes se pagan $ 15 000 000.oo por el
consumo en compresión, teóricamente al trabajar en dos etapas se ahorran $ 825
000.
Tonelada Refrigeración = 3.517 kW, 1 Hp = 0.746 kW, 1 kW = 3412.14 BTU / hr

41. Figura 7. Diagrama de la presión Vrs Entalpía
Tomado de Colfrigos.
2.3. COEFICIENTE DE FUNCIONAMIENTO
Veamos el siguiente esquema:
Como se observa, la máquina frigorífica logra extraer la cantidad de calor q2 del
recinto a baja temperatura t2, gracias al consumo del trabajo exterior W, proceso
que va acompañado por la transferencia del calor q2 al recinto de mayor
temperatura t1.

42. FIGURA 8. Esquema general máquina frigorífica
En consecuencia el coeficiente de funcionamiento o eficacia (Cf ) de la máquina se
encuentra definida por:
q1
Cf =
q 2 − q1
Si el caso fuere el de utilizar una máquina frigorífica que opere entre las
temperaturas t2 y t1. Siendo t1 >t2, es decir, que si la temperatura de la fuente fría
es mayor o igual a la temperatura ambiental a la máquina se le denomina bomba
de calor. En esencia ambos mecanismos (bomba y frigorífico) son lo mismos; su
diferencia esencial estriba como se observa, en los niveles térmicos en los que
operan.
FIGURA 8a. Esquema de una bomba de calor
En síntesis lo interesante de un equipo de refrigeración es conocer la cantidad de
calor (q1) que se logra extraer del recinto frío, mientras que de la bomba de calor

43. lo que interesa conocer es la cantidad de calor (q2) cedido al recinto de
temperatura t1 por esto y a diferencia de una máquina frigorífica, el coeficiente de
funcionamiento de la bomba de calor vendría dada por la siguiente relación:
q2
Cf = ⋅W
q 2 − q1
Con lo anterior es fácil entender el porqué una bomba de calor puede ser
empleada como mecanismo de calefacción.
La eficiencia de una máquina térmica, bien sea que opere como refrigerador o
como bomba de calor, viene dada por la siguiente ecuación:
T1 − T2 q − q1 W
e= , ó, e = 2 , ó, e =
T1 q2 q2
Donde:
Eficacia = Coeficiente de Funcionamiento ≠ Eficiencia
q1 = representa el calor absorbido del recinto de menor temperatura T2
q2 = representa el calor cedido al recinto de mayor temperatura T1.
Para finalizar este aparte recordemos el concepto básico de energía utilizable o
exergia:
El concepto de energía utilizable es fundamental para analizar las características
de un ciclo cualquiera; se utiliza para determinar la eficacia de un dispositivo cuyo
objetivo sea realizar un trabajo W.
Si recordamos la definición de eficacia dada por Darrieus, esta es un proceso
sistémico que permite conocer la relación entre el trabajo realizado y el máximo
posible que podría obtenerse si el proceso fuere reversible. Sobre este postulado
se puede deducir que la eficacia o coeficiente de funcionamiento de los ciclos
totalmente reversibles es 1 mientras que la de los ciclos irreversibles será siempre
mayor que 1.
En consecuencia, si un sistema cerrado evoluciona desde un estado de equilibrio
inicial 1 a otro estado 2 se definirá el trabajo máximo realizable por la siguiente
ecuación:

44. W1→2 = (U1 – TeS1) – (U2 – TeS2) J/kg.
donde:
Te = Temperatura de estado
U = Energía interna
S = Calor especifico
Es decir, que el trabajo utilizable viene expresado por la diferencia de los valores
adoptados por la función U–TeS en los estados extremos considerados.
De lo anterior es fácil deducir una nueva función de estado tal que la diferencia
entre sus valores inicial y final de proceso coincida con el trabajo máximo
realizable por el sistema; luego si hacemos φ = U–TeS tendremos:
W1→2 = φ1 – φ2 J/kg
donde φ1 y φ2 son los valores adoptados por la función o variable extensiva
anotada φ = U–TeS. Nótese bien que la función φ es función de estado y tiene
dimensiones de energía y se denomina energía utilizable de un proceso carente
de flujo o energía utilizable para un sistema cerrado.
Al integrar las anteriores funciones observaremos como el trabajo máximo que
pueda obtenerse de un sistema que experimente una transformación 1 2
coincidirá con la disminución que sufra la energía utilizable del mismo.
Teniendo en cuenta que la energía utilizable tiene naturaleza de tipo energético,
resulta, al igual que con la energía interna (U) o la entalpía (h), imposible definir su
valor absoluto en un determinado estado; a pesar de ello dado que la energía
utilizable del sistema cuando se encuentra en equilibrio termodinámico con el
medio es nula, es válido referir su valor al de la función φ en las condiciones
termodinámicas del medio exterior.

45. EJERCICIOS DE APLICACIÓN (1)
1. Realice el esquema y determine el coeficiente de funcionamiento o eficiencia
(e) de un mostrador refrigerador que opera entre la temperatura baja t2 y la
temperatura ambiente ta.
2. Un compresor aspira un flujo de aire de 0,1824 kg/s. con una presión de 1.0bar
y temperatura de 20ºC y lo comprime adiabáticamente hasta una presión de
10.0bar. El aire, una vez comprimido, se refrigera en un intercambiador de calor
hasta la temperatura de 30ºC. Si la presión y temperatura del medio exterior son
de 1.0bar y 20ºC, el compresor en su funcionamiento emplea 50 Kw. y el agua de
refrigeración entra a 18ºC y sale a 25ºC. Construya el diagrama de energía
utilizable de la instalación y halle la eficiencia del sistema correspondiente.
3. a) ¿Qué cantidad de calor absorbe una nevera eléctrica, en kilocalorías, si se
desean enfriar 3kg de agua a 15ºC y transformarlos en hielo a 0ºC? (Calor de
fusión del agua 80 kcaI/kg.).
SOLUCION
Cálculo del calor absorbido al enfriar agua a 15ºC a agua a 0ºC.
q1 = m.Cp.∆T
q1 = (3kg) (1 Kcal./kg.ºC) (15ºC – 0ºC) = 45 kcal.
El calor absorbido en la transformación del agua a 0ºC en hielo 0ºC, será:
q2 = masa x calor de fusión

46. q2 = (3 kg.) x (80 Kcal./kg.) = 240 Kcal.
El calor total absorbido será:
qT = q1 + q2
qT = 45kcal + 240 kcal. = 285kcal.
b) Teniendo en cuenta el calor absorbido y cedido, calcule el trabajo suministrado
al sistema y la capacidad calorífica del agua.
W suministrado = q2 - q1
W suministrado = 285 kcal. – 45 kcal == 240 kcal.
Capacidad calorífica = masa x calor específico
Capacidad calorífica = (3 kg.) . (1 kcal/kg.ºC) = 3 kcal/ºC
c) ¿Por qué en este ejercicio, la cantidad de calor absorbido es tan pequeña con
relación al calor transferido?
Porque se debe tener en cuenta la temperatura a la cual entra el agua (15ºC) al
refrigerador que fue muy baja y como el agua se congela a 0ºC y además teniendo
en cuenta la capacidad calorífica de ésta, la cantidad de calor absorbida debe ser
baja.
4. a) Calcular la cantidad de agua que debe suministrarse a un intercambiador de
calor si se requiere enfriar 100 kg/h de pasta de tomate con un Cp =
0,68Kcal/kg.ºC, de 90 a 20ºC.
Nota: el incremento de la temperatura del agua no debe exceder de 10ºC mientras
pasa por el intercambiador.

47. SOLUCION
q pasta de tomate = (m pasta) (Cp pasta) (∆T)
q pasta = (100 kg./h) (0,68 kcal./kg.ºC)(90 - 20) ºC
q pasta = 4.760 kcal
Como el calor ganado es igual al calor cedido, entonces:
(m H20) (Cp H20) (∆T) = (m tomate) (Cp tomate) (∆T) = q tomate
qtomate 4.760kcal.
mH 2 O = = = 476kg
(CpH 2 O)(∆T ) (1kcal / kg º C )(10º C )
b) ¿Cuál es la capacidad calorífica de la pasta de tomate?, establezca una
comparación con la capacidad calorífica y dé una conclusión con respecto al calor
absorbido.
Capacidad calorífica de pasta tomate = 100 kg. x 0,68 kcal./kg.ºC
Capacidad calorífica (Cc) = 68 kcal./ºC.
La capacidad calorífica del agua es mayor teniendo en cuenta el calor específico
de la pasta y del agua, manteniendo la masa constante en ambos casos; por lo
tanto se puede concluir con respecto al calor absorbido, que la pasta de tomate
debe ceder más cantidad de calor para congelarse y debe haber mayor absorción
de calor por el sistema refrigerante. Esto básicamente se debe al alto contenido de
sólidos que presenta la pasta, los cuales inciden en la disminución del punto de
congelación
5. Considere un Ciclo de Carnot (ver diagrama) partiendo de que bajo efectuado
es:

48. y teniendo en cuenta la ecuación de estado y las leyes de la Termodinámica,
encuentre que la entropía para este sistema es Q/T = φ
SOLUCION
De acuerdo con la primera Ley de la Termodinámica, si el proceso es isotérmico
en la fase (1 y 3) entonces ∆W=∆Q
V2
∆W = PdV
V1
Reemplazando la presión en la ecuación de estado:
nRT
P.V = nRT, de donde: P =
V
Entonces:

49. Sabiendo que el calor total es igual a la sumatoria de los calores durante el ciclo,
entonces tenemos:
∆QTOTAL = ∆QAB + ∆QBC + ∆QCD + ∆QDA
Partiendo de la Primera Ley para un proceso isotérmico:
∆Q = ∆V + ∆W , y como: ∆V=0
∆Q = ∆W
Reemplazando el trabajo, obtenemos:
dV
∆Q = ∆W = P.dV= nRT
V
La integral de la entropía alrededor de la trayectoria cerrada es:
B C D A
dQ dQ dQ dQ dQ
= + + +
T A
T B
T C T C T
Como el proceso funciona como un ciclo de Carnot reversible, entonces las
integrales 2 y 4 son cero por ser procesos adiabáticos. La ecuación se reduce a:
V V
dQ B 1 dV D 1 dV
= nRT2 + nRT1
T VA T2 V VC T1 V
Si es un proceso isotérmico, la temperatura permanece constante, es decir, T1=T2,
entonces la cancelamos y la expresión se reduce a:

50. V V
dQ B
dV D
dV
= nR + nR
T VA
V VC
V
= nR[ln V ]VB + nR[ln V ]VC
A V V
D
VB ⋅ VC
= nR ln
VA ⋅ VD
Para obtener se utiliza una de las propiedades de los logaritmos que dice ln(1/x) =
– ln x.
Como es un ciclo de Carnot, entonces:
VC VB
= , por lo tanto la integral es nula
VD VA
dQ
∆S = dS = =Φ
T
6. Una industria está encargada de acondicionar verduras para ser posteriormente
empacadas y refrigeradas; si esta empresa empaca en bolsas de polietileno una
ensalada que contiene el 40% de habichuela, 25% de zanahoria y 35% de arveja
en cada bolsa y las verduras son sometidas a una limpieza donde se elimina el 5%
de impurezas de cada una, posteriormente son lavadas y pasadas a la sección de
corte donde se eliminan las partes dañadas e inservibles en una proporción de 3
% en habichuela, 2 % en zanahoria y 1 % en arveja y finalmente son lavadas,
empacadas y llevadas al refrigerador.
a) Elabore un diagrama de flujo del proceso.
b) Si entran al proceso 3 kg. de verduras ¿Qué cantidad de ellas son empacadas a
la salida si los porcentajes deben ser los mismos?
c) ¿Cuál será el coeficiente de funcionamiento del refrigerador si este funciona a
3ºC y la temperatura exterior es de 25ºC?
d) ¿Cuál es la eficiencia del refrigerador?.

51. SOLUCION
a)
b) Balance total
H + Z + A = 3kg.
Balance a la entrada
1. Habichuela
3 kg. (0,4) = 1,20 kg. = H
2. Zanahoria
3kg (0,25) = 0,75kg. = Z
3. Arveja

52. 3kg. (0,35)= 1,05kg. = A
Pérdidas
1,20 (0,08) = 0,10 Kg. de impurezas de habichuela
0,75 (0,07) = 0,05 Kg. de impurezas de zanahoria
1,05 (0,06) = 0,06 Kg. de impurezas de arveja
Cantidad por empacar de cada una
H = 1,20 – 0,10 = 1,10 kg. de habichuela por bolsa
Z = 0,75 – 0,05 = 0,70 Kg. de zanahoria por bolsa
A = 1,05 – 0,06 = 0,99 Kg. de arveja por bolsa
T2 276º K 276
c) CF = = = = 12.55
T1 − T2 298 − 276 22
T1 − T2 298 − 276
d) e = = × 100 = 7.%
T1 298

53. 2.4 Refrigerantes
Un refrigerante es cualquier fluido que actúa como agente de enfriamiento,
absorbiendo calor de un foco caliente al evaporarse. El refrigerante en una
instalación frigorífica debe tener las siguientes características:
- Calor latente de evaporación alto: cuanto mayor sea su valor menor cantidad
de refrigerante hay que utilizar en el proceso de refrigeración para obtener una
temperatura determinada.
- Presión de evaporación superior a la atmosférica: para evitar que entre aire en
el circuito de refrigeración, lo que acarrearía el problema de que el agua
contenida en el aire se solidificase y obturase algún conducto.
- Punto de ebullición lo suficientemente bajo para que sea inferior a la
temperatura de trabajo del evaporador.
- Temperaturas y presión de condensación bajas: así se evitan trabajar con
presiones de condensación altas en el compresor lo que se traduce en un
considerable ahorro tanto de energía como en el coste de la instalación.
- Inercia química: es decir que no reaccione con los materiales que componen el
circuito ni con el aceite del compresor.
- Ha de ser inmiscible o totalmente miscible con el aceite del compresor: la
solubilidad parcial da origen a problemas de depósitos de aceite en el
evaporador.
- Debe de ser químicamente estable: hasta el grado de no ser inflamable ni
explosivo.
- Ha de ser soluble en agua: de esta forma se evita que el agua libre pueda
formar cristales de hielo. Por este motivo los circuitos de refrigeración van
provistos de filtros deshidratantes.
- Debe ser no tóxico para el hombre.
- Debe tener un impacto ambiental bajo o nulo en el caso de ser liberado por
posibles fugas.
- Debe ser fácilmente detectable por el olfato para poder localizar las fugas que
se produzcan en el sistema.

54. - Debe ser barato.
2.4.1 Clasificación de los refrigerantes
Los primeros refrigerantes utilizados por reunir varias de estas características y
ser los únicos disponibles cuando aparecieron las primeras máquinas de
producción mecánica de frío (1867) fueron el amoniaco (NH3), el dióxido de
carbono (CO2)y el dióxido de azufre (SO2). Pero estos refrigerante presentaban
grandes problemas de toxicidad, explosión y corrosión en las instalaciones de
modo que su utilización estaba restringida a usos industriales. Con excepción del
amoniaco todos estos refrigerantes han dejado de usarse siendo reemplazados
por otros denominados freones que aparecen en el mercado a partir del año 1928
y no presentan los inconvenientes de los primeros.
El amoniaco hoy en día se sigue empleando en instalaciones de gran tamaño
debido a que es el refrigerante conocido que tiene el efecto frigorífico más alto. Es
uno de los más baratos y fáciles de conseguir y tiene gran estabilidad química. Es
inmiscible con el aceite, por lo tanto debe usarse un separador de aceite en la
tubería de descarga del compresor hacia el condensador. Como inconveniente: es
tóxico, algo inflamable y puede llegar a ser explosivo en grandes concentraciones,
pero puede ser detectado fácilmente por el olor por lo que estos inconvenientes
tiene poca importancia en industrias con alto nivel de control.
Freones: Es un grupo de refrigerantes derivados de hidrocarburos de bajo peso
molecular fundamentalmente derivados del metano y el etano en los que alguno o
todos sus átomos de H se han sustituidos por halógenos normalmente flúor, cloro
y bromo. En función de su composición estos refrigerantes pueden clasificarse en
tres grupos: CFC (clorolfuorocarbonados), HCFC (hidroclorofluorocarbonados) y
HFC (hidrofluorocarbonados).
- CFC: son hidrocarburos totalmente halogenados, es decir, todos sus
hidrógenos están sustituídos por cloro y flúor. Se caracterizan por ser gases
muy estables que persisten en la atmósfera muchos años y por tanto pueden
llegar a la estratosfera donde destruyen la capa de ozono. Por este motivo
dejaron de fabricarse y usarse a partir de 1995 según lo acordado en el

55. Protocolo de Montreal. El Protocolo de Montreal, sobre productos que
destruyen la capa de ozono, es un acuerdo internacional adoptado en una
conferencia diplomática que tuvo lugar en Montreal (Canadá) el 16 de
septiembre de 1987 por el que los gobiernos firmantes se comprometieron a
reducir progresivamente y finalmente suprimir la fabricación y uso de estas
sustancias, para lo que se estableció un calendario para su eliminación. Dicho
calendario fue revisado en varias ocasiones, la ultima en 1997. Uno de los
refrigerantes con mejores propiedades termodinámicas y por ello el mas
utilizado hasta dicha fecha pertenece a este grupo es el R-12 o
diclorodifluormetano y el R-11 o triclorofluormetano.
- HCFC: son hidrocarburos halogenados que contienen un átomo de hidrogeno
en su molécula lo cual le permite oxidarse con mayor rapidez en la parte baja
de la atmósfera siendo su poder de destrucción de la capa de ozono menor.
Son sustitutos a medio plazo de los CFC. Según el Protocolo de Montreal su
uso y producción tendrá que estar reducido al 100 % en enero del 2030.
Ejemplo: R-22 clorodifluormetano ODP= 0,05.
- HFC: derivados halogenados que no contienen cloro en su molécula
oxidándose con gran rapidez en capas bajas de la atmósfera, siendo su ODP=
0. Ejemplo R-152 o difluormetano.

56. Tomado de ASRAHE
Consideraciones sobre los refrigerantes según el reglamento de seguridad para
plantas e instalaciones frigoríficas.
1. Denominación simbólica de los refrigerantes: según este reglamento los
refrigerantes además de por su fórmula química pueden identificarse por un

57. código adoptado internacionalmente siguiendo las siguientes reglas: el código va
precedido de una R, a continuación aparecen unas cifras relacionadas con la
formula química del refrigerante que indican lo siguiente:
A. La primera cifra de la derecha en los compuestos que carezcan de Br indica el
número de átomos de F en sus moléculas.
B. La segunda cifra de la derecha es el número de átomos de H+1.
C. A la izquierda de la anterior se indica con otra cifra el número de átomos de C-
1. R-(C-1)-(H+1)-(F).
D. Si la molécula contiene átomos de Br se procede según lo visto añadiendo
luego a la derecha una B seguida del numero de dichos átomos.
E. Los derivados cíclicos se expresan según la regla general, encabezándolos por
una C a la izquierda del numero del refrigerante.
F. Los compuestos no saturados siguen las mismas reglas anteponiendo el
numero 1 como cuarta cifra contada desde la derecha.
G. Las mezclas determinadas de refrigerantes o azeótropos (disolución de 2 o
más líquidos cuya composición no cambia por destilación) se expresan por las
denominaciones de sus componentes intercalando entre paréntesis el
porcentaje en peso correspondiente a cada uno. También pueden designarse
por un numero de la serie 500 completamente arbitrario.
H. Los refrigerantes de los compuestos inorgánicos se identifican añadiendo a la
cifra 700 el peso molecular de los compuestos.
2. Criterios de seguridad: el reglamento de seguridad de plantas e instalaciones
frigoríficas divide los fluidos en tres categorías y recomienda el uso de aquellos
que sean menos tóxicos y menos inflamables. Estas categorías son:
1. Refrigerantes de alta seguridad: se incluyen todos los refrigerantes
halogenados más utilizados actualmente.
2. Refrigerantes de media seguridad: es el amoniaco y otros residuos en desuso
como el SO2 y el CH3Cl.
3. Refrigerantes de baja seguridad: son los hidrocarburos gaseosos como el
propano, butano y etileno no utilizados habitualmente.

58. Tomado de ASRAHE
Un segundo aspecto de importancia en el conocimiento de los sistemas de
refrigeración tiene que ver con los refrigerantes temas que abordaremos a
continuación:

59. 2.4.2 Características termodinámicas comparadas
Las propiedades termodinámicas tienen estrecha relación con la capacidad del
refrigerante para absorber, transportar y rechazar el calor.
Las más importantes son presión, temperatura, volumen, entalpía y entropía.
Para estudiar comparativamente tales propiedades escogeremos los cuatro
refrigerantes de uso más corriente en la refrigeración industrial:
- Presión: las presiones necesarias de un sistema de refrigeración son muy
importantes pues determinan la dimensión que debe tener el equipo para
comprimir y mover el refrigerante en estado de gas. Altas presiones de operación
requieren de equipos más pesados y por tanto más costosos.
Si las presiones de funcionamiento son negativas con respecto a la presión
atmosférica, existirá el problema de entrada de aire y humedad dentro del sistema.
Un refrigerante adecuado deberá tener una presión de condensación tan baja
como sea posible y una presión de evaporación por encima de la atmosférica, a fin
de trabajar siempre con presión positiva.
- Temperatura: otra forma de analizar un refrigerante es conociendo la
temperatura de evaporación a la presión atmosférica (0 psig.).
Esta temperatura sirve de referencia para la selección del refrigerante según la
temperatura a sistema a la cual se quiere llegar, sin que el compresor del sistema
opere en vacío.
- Volumen: el volumen específico de un refrigerante, especialmente en estado
gaseoso indica la cantidad de vapor que debe bombear el compresor por cada
libra de refrigerante evaporado a cierta temperatura.
Observemos que una libra de R-502 produce solamente 0,82 pies cúbicos de gas
al evaporarse a 5 0F, pero el amoníaco produce 8,15 pies cúbicos que es casi 10
veces más que el anterior a las mismas condiciones, necesitándose un compresor
de mayor capacidad volumétrica para mover una libra de amoniaco gaseoso.
- Entalpía. Es la cantidad de calor o energía que contiene un refrigerante a
determinada condición de temperatura y presión.
El calor latente es la cantidad de calor que se requiere para lograr el cambio de
estado del refrigerante. Este calor latente equivale al efecto de enfriamiento por

60. unidad de masa del refrigerante.
En general, puede observarse que el calor latente del amoníaco (R-717) es más
alto que los demás.
Esta propiedad es de gran importancia en la escogencia de un refrigerante y se
estudiará más en el análisis del ciclo de refrigeración.
Todas las propiedades termodinámicas deben tenerse en cuenta al escoger un
refrigerante y una sola no es suficiente para determinarlo, por ejemplo: en la
selección de un compresor las presiones de operación y el volumen por minuto
son características importantes.
El tamaño de la máquina requerida depende del volumen por minuto a manejar y
su dimensión depende del rango de presiones a los que se necesite trabajar.
La circulación volumétrica de refrigerante por las tuberías determina las
dimensiones de las líneas de gas caliente y succión.
2.4.3 Características físicas
Son propiedades de los refrigerantes que no cuentan dentro de la capacidad de
absorción o transporte del calor, pero que tienen importancia en otros aspectos de
su manejo. Estudiaremos los principales:
- Miscibilidad. Se refiere a la capacidad de mezclarse con el aceite. De los
refrigerantes estudiados el que no se mezcla con el aceite es el R-717 (amoníaco).
La miscibilidad proporciona principalmente las siguientes ventajas: facilidad de
lubricación de las diferentes partes móviles del compresor y mayor facilidad de
retorno del aceite al compresor. A su vez, los mayores inconvenientes son: la
disolución del aceite en el compresor, transferencia de calor disminuida y
problemas en el control del sistema.
- Temperatura y presión críticas. La presión crítica es aquella a partir de la cual
un fluido permanece en estado líquido aun cuando se le adicione calor. Esto
significa que no se evaporará y por tanto no sirve como refrigerante a presiones
superiores a la crítica.
La temperatura crítica es aquella temperatura de saturación correspondiente al
estado en el cual las propiedades del líquido y el vapor son idénticas.

61. - Tendencia al escape. En idénticas condiciones termodinámicas, los
refrigerantes presentan tendencias a fugarse de las tuberías. A menor peso
molecular existe mayor tendencia a escaparse el gas por agujeros iguales.
El tamaño de las moléculas es proporcional a la raíz cuadrada del peso molecular
y relacionaría los diámetros de agujeros por los que escapasen los gases con la
misma dificultad.
- Olor. El olor de un refrigerante puede ser ventajoso para su detección en caso
de fuga, lo cual permite recuperar antes de que ocurran fallas mayores o averías.
El olor del amoníaco es fuerte y picante a diferencia de los otros cuyo olor es
ligeramente etéreo.
- Toxicidad. Se podría afirmar que todas las sustancias gaseosas en algún grado
son asfixiantes o tóxicas; sin embargo, existen diversos niveles de toxicidad
determinados según pruebas específicas. Para los refrigerantes estos han sido
clasificados en tres grupos teniendo en cuenta la concentración y duración de la
exposición que conduce a lesión seria. Por ejemplo en el grupo 2 de toxicidad
aparece el amoniaco razón por la cual es limitada su utilización a nivel industrial; el
R-12 y el R-22 son los de mayor uso en los niveles de refrigeración residencial y
comercial.
-Humedad. La humedad es absorbida por los refrigerantes en proporciones
variables. Cuando esta existe se pueden causar fenómenos como la formación de
ácidos corrosivos los cuales deterioran las tuberías y válvulas de bronce, además
de que los motocompresores están sujetos a corto-circuito; por otra parte, se
pueden producir taponamientos en los dispositivos de control de refrigerantes,
válvulas y flotadores por la congelación del agua en los lugares de baja
temperatura, dentro del sistema de refrigeración.
Vale la pena anotar, que un refrigerante al enfriarse, disminuye su capacidad de
retener agua y se precipita cierta cantidad en forma líquida.
2.4.4 Controles de flujo de los Refrigerantes
Para terminar este aparte sobre refrigerantes, mencionaremos los controles de
flujo ya que estos deben estar sujetos por medio de instrumentos de medición y
cuyos propósitos fundamentales son:
- Mantener el diferencial de presión apropiado entre los puntos de alta y baja
presión del sistema.

62. - Permitir el flujo del refrigerante al evaporador para mantener la rata
necesaria que permita remover el calor de la carga.
Son cinco los principales instrumentos de medición utilizados actualmente:
- Válvula de expansión automática
- Válvula de expansión termostática
- Tubo capilar
- Flotador en el punto de baja presión
- Flotador en el punto de alta presión
La válvula de expansión automática mantiene una presión constante en el
serpentín de enfriamiento mientras opera el compresor. Su uso se limita a cargas
más o menos constantes en el evaporador; con este instrumento si la presión
disminuye habrá una disminución de refrigerante y la capacidad de absorción de
calor del serpentín se disminuirá, por el contrario, si la presión se aumenta, habrá
un incremento en el flujo de refrigerante lo cual abre la posibilidad de inundar con
refrigerante líquido la línea de succión y se corre el riesgo de dañar el compresor,
si no existiere la válvula.
La válvula de expansión termostática está equipada con un tubo capilar y un bulbo
sensor, los cuales le transmiten la relación de presión y temperatura del vapor a la
salida del evaporador.
El tubo capilar puede considerarse como el instrumento más simple de medición,
éste se localiza entre el condensador y el evaporador y cumple con las funciones
descritas para las válvulas de expansión; posee como desventajas el taponarse
fácilmente, el requerir una carga exacta de refrigerante y el no ser sensible a los
cambios de carga.
El flotador en el punto de baja presión también mide el flujo de refrigerante en el
evaporador; se construye en forma de recipiente sellado con un metal inerte al
refrigerante y se localiza en el lado de baja presión.
Por último el flotador en el punto de alta presión se localiza cerca del condensador
o del evaporador y su diseño es tal que cuando la cámara del flotador se llena con
refrigerante, el flotador sube elevando por consiguiente la válvula de su fondo y
permitiendo que el refrigerante fluya al punto de baja presión.

63. 2.5 CONGELACION
Introducción
Ahora nos detendremos en el fenómeno de la congelación, entendiendo éste
como una manera de conservar los alimentos cuando se hace descender su
temperatura suficientemente de manera que una gran parte del agua que estos
contienen se transforma en hielo.
Este proceso en sí disminuye y en otros casos detiene por completo los
desarrollos microbianos que ocurren en los alimentos y estabiliza el producto en
cuanto a degradaciones químicas y enzimáticas se refiere.
Cuando ocurren estos fenómenos de origen bioquímico, la congelación actúa de
las siguientes formas: en el primer caso el descenso de la temperatura reduce la
velocidad de multiplicación de los microorganismos y minimiza las reacciones
bioquímicas; la transformación de agua en hielo disminuye la cantidad de agua
disponible para los microorganismos (que para reproducirse necesitan una
actividad de agua igual o superior a 0,8) lo que equivale a una verdadera
deshidratación o criodesecación. Es necesario añadir que en alimentos con alta
viscosidad el cambio de estado agua-hielo limita las posibilidades de contacto
entre los reactantes y especialmente entre las enzimas y sus respectivos
substratos.
Por otro lado, digamos que el proceso de congelación genera productos finales
muy semejantes al producto fresco inicial; sin embargo la cristalización del agua
afecta fundamentalmente y en medida significativa las estructuras del alimento,
produciéndose una pérdida en la calidad del mismo, de ahí que sea muy
importante atender a las condiciones óptimas de congelación, almacenamiento y
descongelación.
2.5.1 Velocidad de congelación y recristalización
La velocidad de congelación aplicada en los alimentos y animales puede
ocasionar modificaciones físicas debido a la cantidad de agua contenida en su
interior.
Si utilizamos baja velocidades de congelación el jugo intercelular poco
concentrado se separa creando grandes cristales de hielo que rodean a las

64. células. En el interior de las células existe un jugo más concentrado, el cual
necesita un punto más bajo para iniciar la congelación. En esas condiciones el
vapor de agua enfriado pero sin llegar a solidificarse en el interior de las células,
provoca una difusión de vapor a través de las paredes celulares.
La baja velocidad de congelación provoca la formación de hielo intercelular. Este
proceso sólo concluye cuando alcanza el punto hidrosfrioscópico, esto es cuando
coagula totalmente el jugo celular, o cuando al interrumpirse la congelación, se
restablece el equilibrio de la presión de vapor de agua en el interior de las células
y en las paredes intercelulares. En consecuencia, un proceso de enfriamiento de
esta clase, las retracciones celulares, van acompañadas de una alteración química
y la formación de cristales de hielo en los espacios intercelulares, capaces de
deformar y destruir el tejido.
Generalmente cuanto mayor es la velocidad de congelación, menores son las
alteraciones provocadas por la congelación de esta fracción de agua.
Con los modernos métodos se usa una elevada velocidad de congelación, en los
cuales el espacio de tiempo entre la formación de hielo en los espacios
intercelulares y en el interior de las célula es muy corto, creando además
abundantes y pequeños cristales de hielo, que a diferencia de los grandes
cristales de hielo formados por congelación lenta, ocasionan alteraciones
estructurales.
Aun cuando siempre existen modificaciones estructurales, la conservación de
alimentos por congelación constituye un método benigno para mantener la calidad.
Su acción conservadora es atribuible a la capacidad de reacción correspondiente
a la regla VRT (velocidad de reacción – temperatura), pues a medida que
disminuye la temperatura, menores son las transformaciones químicas y
bioquímicas.
Ahora bien, la velocidad de congelación elevada, es uno más de los factores que
influyen para conseguir productos con alteraciones mínimas, pero no es el único
en el proceso de conservación.

65. También cuentan las condiciones de depósito en un ambiente adecuado para
conseguir los efectos deseados en la preservación.
La utilización de una congelación adecuada en una planta moderna es de vital
importancia, pues resulta cuestionable una elevación sostenida de la velocidad,
tanto por razones de gastos energéticos como por resultados de calidad.
Pongamos por ejemplo: la congelación de alimentos con gases líquidos, donde
habrá que saber cual es la máxima velocidad de congelamientos conveniente.
Pues si usamos una velocidad de congelación muy elevada se produce una rápida
formación de cristales de hielo, con un acentuado aumento de la presión interna.
Como consecuencia de la rápida sustracción de calor, tiene lugar en cada una de
las capas del producto un marcado desnivel térmico: mientras la temperatura
superficial se encuentra ya muy por debajo del punto de congelación, el núcleo
central de la pieza se encuentra todavía en estado de cambio de fase.
El aumento del volumen del centro de la pieza congelada ocasiona enseguida el
aumento de presión interna. Si la rígida capa exterior de hielo no tiene capacidad
para soportar la presión ejercida desde el interior, la pieza congelada explota.
De aquí el cuidado puesto en la elección de los márgenes de velocidad tolerables
para evitar el estallamiento del producto.
Recristalización
Cuando empleamos una alta velocidad de congelación pueden anularse las
ventajas de la formación de pequeños cristales de hielo y bien repartidos por
procesos de recristalización sucedidos en el curso de la congelación.
Si durante el almacenamiento de los productos congelados se producen
continuadas fluctuaciones térmicas, al cabo de pocas semanas pueden haber
desaparecido por completo las diferencias de tamaño existentes entre los cristales
de hielo en alimentos congelados lenta o rápidamente.
Por recristalización entendemos la formación de grandes cristales de hielo por
crecimiento, como consecuencia de la continuada difusión de vapor de agua
resultante de la diversa presión de vapor actuante sobre la superficie de dichos
cristales.

66. Una menor presión de vapor sobre los grandes cristales de hielo, trae como
consecuencia una continuada difusión de vapor de agua en la dirección marcada
por la diferencia de presión de vapor (de los cristales pequeños a los grandes), lo
cual en resumen provoca la formación de grandes cristales de hielo a expensas de
los pequeños.
La formación de estos grandes cristales de hielo influye negativamente sobre la
calidad del producto, tales como: deformaciones celulares, estallido de células,
elevadas mermas por goteo en el descongelamiento, tal y como sucede cuando
utilizamos una congelación lenta.
Es por esto necesario evitar las oscilaciones de temperatura durante el depósito
de productos congelados, pues al existir continuados aumentos en la diferencia de
tensión de vapor entre los cristales de distintos tamaños, provoca una marcada
aceleración en los procesos de recristalización.
Después de estas consideraciones volvamos a repasar algunos aspectos que nos
permitirán entender la congelación como fenómeno físico: seguramente, en el
estudio de la termodinámica se entendieron los conceptos que hacen de la
congelación un proceso técnicamente controlable, veamos algunos aspectos que
fundamentan dicho control:
Curvas de cambio de estado: cuando un fluido puro se somete al enfriamiento
pasa del estado líquido al estado sólido y a una temperatura denominada
temperatura de cristalización. En la figura 9 se observa como el agua pura se
cristaliza a temperatura de 0ºC y a presión atmosférica normal:

67. Figura 9. Congelación del agua pura
La zona 1 o zona de preenfriamiento o precongelación Enfriamiento del producto
desde que ingresa al congelador hasta que llega a su punto de congelación.
La zona 2 o zona de congelación Donde comienza a solidificar el agua libre del
producto.
La zona 3 o zona de subenfriamiento o o reducción El producto finaliza el proceso
de cristalización hasta llegar a la temperatura de almacenamiento.
Se puede considerar una ultima zona o etapa en la cual el producto alcanza
condiciones en las cuales no hay intercambio de calor en su entorno. Se da en
almacenamiento.
Sin embargo, cuando el agua no se encuentra en estado puro sino contenida en
un alimento como es nuestro caso de análisis, la cristalización no se realiza a
temperatura constante, se observa entonces el llamado pseudo umbral de la
congelación. Veamos la figura 10 que nos explica cómo el fenómeno de la
cristalización sucede en una muestra de carne.

68. Figura 10 Congelación de una muestra de carne
Como se infiere el componente líquido de la carne está constituido por una
solución acuosa de sales y proteínas especialmente, la cual cuando se reduce la
temperatura llega a conformar los denominados cristales primarios, los que a su
vez incrementan la fuerza iónica de la solución residual conduciendo a un
descenso de su punto de congelación; lo anterior hace necesario disminuir la
temperatura para lograr la formación de nuevos cristales de hielo o el crecimiento
de los cristales primarios, esto explica la estructura de la curva 2 en contraste con
lo observado en la curva de la figura10, es decir, la ausencia de un verdadero
umbral de congelación.
Estas curvas de cambio de estado que permiten definir el fenómeno de la
congelación corresponden a ejemplos en los cuales siempre la temperatura es
homogénea; en la práctica el rango de temperaturas es heterogéneo y las capas
superficiales se enfrían lógicamente antes que las capas centrales.

69. El Instituto Internacional de frío IIF citado ha elaborado unas curvas y definiciones
sobre las variables de incidencia básica en los procesos de congelación de los
alimentos. Veamos:
FIGURA 11 Aspecto general de una congelación en el aire (túnel)
1) Temperatura de superficie, 2) Temperatura del centro térmico, 3)
Temperatura ambiente, 4) La temperatura de equilibrio de un paquete o de
una masa de productos alimenticios es la que la masa alcanza después de
la estabilización térmica en condiciones adiabáticas (es decir sin añadir ni
quitar calor) IIF
Tiempo nominal de congelación
El tiempo nominal de congelación de un producto de naturaleza y dimensiones
conocidas a una temperatura inicial uniforme de 0ºC es el tiempo necesario para
que el centro térmico alcance una temperatura inferior a 10ºC de la temperatura

70. de congelación inicial.
Tiempo efectivo de congelación
El tiempo efectivo de congelación es el tiempo que se necesita para descender la
temperatura de un producto de su valor inicial a un valor conocido de su centro
térmico.
Velocidad de congelación
La velocidad de congelación de una masa de productos alimenticios se obtiene
dividiendo la distancia mínima entre la superficie y el centro térmico por el tiempo
transcurrido entre el momento en que la temperatura superficial es de 0ºC y el
tiempo en que el centro térmico esté a 10 0C por debajo de la temperatura de
congelación inicial.
Centro térmico y congelación
El centro térmico de un paquete o de una masa de producto es el punto en el cual
la temperatura del mismo, al final de la congelación, es más alta.
Como se observa la definición del tiempo de congelación no es muy exacta, lo que
imposibilita el lograr valores reales si se le compara con otras medidas realizables,
como por ejemplo, la contrastación entre las temperaturas iniciales y finales
variables.
La congelación es rápida cuando el avance del frente de hielo desde la superficie
hasta el centro del producto es de 5 cm. o mayor de 5cm/hora. La congelación es
lenta si el avance del frente de hielo desde la superficie hasta el centro del
producto es de menos de 0.1 cm/hora o cuando la velocidad de avance del frente
de hielo es 0.1 a 0.5 cm/hora.
En la congelación lenta se forman menor número de cristales que en la
congelación rápida. El tipo de cristales en una congelación rápida es más
homogéneo y mas pequeño que en una congelación lenta, cuyos cristales son
irregulares y grandes. Realizando una congelación lenta en un producto hay
mayor probabilidad que las paredes de las células sean afectadas por los cristales
grandes, perdiendo su contenido de agua y nutrientes en la descongelación.
En la Tabla 1 se pueden observar comparativamente las diferencias entre los
procesos de congelación ultrarrápida y congelación lenta; adicionalmente la Tabla
8 permite observar como diversos autores han establecido rangos diferenciales

71. entre temperaturas de inicio y finalización de la congelación para canales de
bovino.
Tabla 1 Análisis comparativo de factores variables según uso de la
congelación ultrarrápida o de la congelación lenta

72. Para complementar el conocimiento de las curvas de congelación como
instrumento fundamental en la operación técnica de este fenómeno, las figuras 12
y 13 detallan el crecimiento de los cristales de hielo en la congelación de un
músculo de bovino y la influencia de la velocidad de congelación respecto al
tamaño y a la localización de los cristales en un músculo congelado
respectivamente.
FIGURA 12 Crecimiento de los cristales de hielo en la congelación de un
músculo (esquemas)
(a) (b) (c)
a) Formación de los primeros cristales.
b) Crecimiento de los primeros cristales: el agua del sarcoplasma pasa al
exterior de las células por ósmosis,
c) Células al igual de la congelación (proceso de congelación lenta, pérdida de
alto porcentaje de agua)
Con los anteriores conocimientos se comprende fácilmente la diferencia entre
congelación y almacenamiento en estado congelado de lo que es el mantener la
frescura original de los alimentos utilizando la refrigeración.
Podríamos concluir que de hecho en ambos casos se aprovecha la acción
benéfica de las bajas temperaturas aunque difieren en la intensidad de la
aplicación de éstas: -18ºC y menos en algunas oportunidades para la congelación