Construção e funcionamento do sistema de refrigeração a jato a vapor

Construcción y operación de sistema de refrigeración por chorro de vapor.

28 de junio de 2024 Roberto Magalhães

Construcción y operación de sistema de refrigeración por chorro de vapor.

Si se rocía agua en una cámara donde se mantiene una presión baja, parte del agua se evaporará. La entalpía de evaporación enfriará el agua restante a su temperatura de saturación a la presión en la cámara. Obviamente, una temperatura más baja requerirá una presión más baja. El agua se congela a 0°C, por lo que no se puede obtener con agua una temperatura inferior a 4°C. En este sistema, se utiliza vapor de alta velocidad para arrastrar el vapor de agua que se evapora. El vapor motriz de alta presión pasa a través de la tobera convergente o convergente divergente, donde adquiere velocidad sónica o supersónica y baja presión del orden de 0,009 kPa, correspondiente a una temperatura del evaporador de 4 °C. El alto impulso del vapor motriz arrastra o lleva consigo el vapor de agua que se evapora de la cámara de evaporación. Debido a su alta velocidad, mueve los vapores contra el gradiente de presión hasta el condensador, donde la presión es de 5,6 a 7,4 kPa, correspondiente a la temperatura del condensador de 35 a 45 °C.

El vapor motriz y el vapor evaporado se condensan y reciclan. Este sistema se conoce como sistema de refrigeración por chorro de vapor. La figura muestra un esquema del sistema. Se puede observar que este sistema requiere un buen vacío para mantenerse. A veces se utiliza el eyector de refuerzo para este propósito. Este sistema es impulsado por energía de baja calidad, que es el vapor de proceso en plantas químicas o calderas.

En 1838, el francés Pelletan obtuvo una patente para la compresión de vapor mediante un chorro de vapor motriz. Hacia 1900, el inglés Charles Parsons estudió la posibilidad de reducir la presión mediante el efecto de arrastre de un chorro de vapor. Sin embargo, el crédito por la construcción del sistema de refrigeración por chorro de vapor es del ingeniero francés Maurice Leblanc, quien desarrolló el sistema en 1907-08. En este sistema, se utilizaron eyectores para producir un chorro de vapor de alta velocidad (≈ 1200 m/s). Basado en el diseño de Leblanc, Westinghouse fabricó el primer sistema comercial en 1909 en París. Aunque la eficiencia del sistema de refrigeración por chorro de vapor era baja, seguía siendo atractivo porque el agua es inofensiva y el sistema puede funcionar utilizando el vapor de escape de una máquina de vapor. A partir de 1910, los sistemas de refrigeración por chorro de varilla se utilizaron principalmente en cervecerías, plantas químicas, buques de guerra, etc. En 1926, el ingeniero francés Follain mejoró la máquina introduciendo múltiples etapas de vaporización y condensación del vapor aspirado. Entre 1928-1930, hubo mucho interés en este tipo de sistemas en Estados Unidos. En EE.UU. se utilizaron principalmente para climatizar fábricas, cines, barcos e incluso vagones de ferrocarril. Varias empresas como Westinghouse, Ingersoll Rand y Carrier comenzaron la producción comercial de estos sistemas a partir de 1930. Sin embargo, estos sistemas fueron reemplazados gradualmente por sistemas de absorción de vapor más eficientes que utilizaban agua LiBr.

Aún así, algunos países de Europa del este, como Checoslovaquia y Rusia, fabricaron estos sistemas ya en la década de 1960. El principio del eyector también se puede utilizar para proporcionar refrigeración utilizando fluidos distintos del agua, es decir, refrigerantes como CFC-11, CFC-21, CFC-22, CFC-113, CFC-114, etc. Los sistemas de refrigeración a reacción fueron adquiridos por el ingeniero ruso IS Badylkes alrededor de 1955. Utilizando refrigerantes distintos del agua, es posible alcanzar temperaturas tan bajas como –100°C con una sola etapa de compresión.

Las ventajas citadas para este tipo de sistemas son la sencillez y la robustez, mientras que el diseño complejo y la economía son sus principales desventajas.