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AGUA COMO REFRIGERANTE.

Agua Como Refrigerante

El agua es el refrigerante más eficiente desde el punto de vista de absorción de calor: 980 Btu por libra de agua evaporada (544 Cal/Kg).  También se le puede hace hervir y producir temperaturas de refrigeración hasta de 40 ºF (4 ºC) y durante algún tiempo se usó mucho en sistemas grandes de refrigeración en los que el producto era agua a 4 ºC para acondicionamiento de aire y procesos.  Para comprender cómo se lleva a cabo esto, el lector sólo necesita recordar que un sistema de refrigeración trabaja “controlando el punto de ebullición” del refrigerante.  Para hacer que el agua absorba calor y hierva, sólo es necesario bajar el punto de ebullición lo suficiente debajo de la temperatura de la que se va a sacar el calor (la de la fuente de calor), para obtener una velocidad deseada de transferencia los capítulos de calor.  En siguientes se describirá cómo se lleva a cabo esto.

Curva de presión-temperatura para el agua.   

Si, por ejemplo, deseamos sacar calor de un aceite a 50 ºF (10 ºC) y el diseño del equipo requiere de una diferencia de temperatura AT entre la temperatura del aceite y la del refrigerante (agua), necesitamos que el punto de ebullición del agua sea 40 ºF (5 ºC).  ¿Qué presión debemos mantener en el agua para obtener este punto de ebullición.
 
Curva de presión-temperatura

Esta curva es una gráfica de los puntos de ebullición del agua diversas presiones aplicadas.  Con esta curva, podemos determinar que para obtener un punto de ebullición de 40 ºF, necesitamos encontrar 40 ºF en la escala vertical de la izquierda, “punto de ebullición del agua”, movernos hacia la derecha por la línea de 40 ºF hasta alcanzar la curva presión-temperatura.  En este punto, recorremos la gráfica hacia abajo a lo largo de las líneas verticales de las presiones, y llegamos a lo que parece ser 29 Hg en la zona de vacíos.

Lo malo de usar una curva de este tipo para el agua es la inexactitud en que se incurre en las zonas de menores temperaturas, debido al gran cambio de puntos de ebullición que se tienen con un cambio muy pequeño de la presión aplicada.

Tabla de presión-temperatura

Un modo más exacto de presentar la relación temperatura –presión es mediante una tabla.  Al recorrer la columna de la temperatura y llegar al punto deseado de 40 ºF y a continuación leer lo que aparece en la columna de la presión, vemos que la presión aplicada que se desea es 29.67 Hg de vacío.


Desventajas del agua como refrigerante

Para recuperar el vapor de agua y volverlo a usar en el sistema de refrigeración, es necesario ahora elevar la temperatura de condensación del vapor a un nivel suficientemente alto sobre la temperatura del material que absorbe el calor (el suministro de calor) para hacer que la tasa de intercambio de calor sea lo suficientemente alta para llevar a cabo esta tarea.

Si suponemos que vamos a pasar calor al agua 75 ºF (18 ºC) y que vamos a tener una diferencia de temperatura (AT) de 25 ºF (14 ºC) entre la temperatura del sumidero de calor y la de condensación del agua, ¿qué presión de condensación necesitamos mantener? Un sumidero de calor a 75 ºF más 25 ºF de AT es una temperatura de condensación de 100 ºF (38 ºC).  En la tabla de presión-temperatura vemos que lo que se necesita es un vacío de 28 Hg.

De lo anterior llegamos a la conclusión que el sistema completo de refrigeración trabaja al vacío, o a presión inferior a la atmosférica.  Con estos límites de presión de operación se hace muy difícil mantener el sistema hermético a los escapes y se necesita mucho mantenimiento.  Como resultado de ello, el uso de agua como refrigerante tuvo corta vida.