Sistemas de refrigeración en el laboratorio

¿Qué es la refrigeración?

Proceso de eliminación de
calor de un cuerpo o unespacio.

MÉTODOS: TRANSPORTE DE CALOR,
CALOR LATENTE, SUSTANCIA FRÍA

Frigoría;

Pérdida de calor por un
Cuerpo de 1 una kilocaloría o, lo que es lo mismo,al enfriamiento necesario para disminuir 1 ºC la temperatura de
1 kg deagua.”Enfriamiento de 24ºC a 14ºCRefrigeración
De 14ºC a 0ºCSubrefrigeración de 0ºC a -15ºCCongelación de -15ºC a -35ºCSubcongelación
De -35ºC a -200ºCCriogenia cerca de 0 K

Métodos de refrigeración y refrigerantes Métodos físicos●

Fusión● Vaporización● Sublimación● Expansión de un gasMétodos químicos●
Reacción química● Disolución

Obtención de frío por reacción química y pordisolución:

Utiliza la reacción o disolución de reactivos para absorber calor
Del entorno por medio de una reacción endotérmica. La variación de entalpía de
Reacción indicará sí:●
ΔH>0 → absorbe calor (reacción
Endotérmica)● ΔH<0 → desprende calor (reacción exotérmica)

Obtención de frío por fusión, evaporación ySublimación; Al juntar dos cuerpos
De diferentes temperaturas, los calores se intercambian hasta alcanzar el
Equilibrio térmico.Se aprovechan los calores
Tanto específicos como latentes para absorber calor del objeto que queremos
Refrigerar.Un buen refrigerante para absorber calor es el agua como se muestra
En su gráfica de calentamiento.Para la sublimación no se usa el agua ya que notiene
Las propiedades adecuadas para ello. Se utilizageneralmente el hielo seco (CO2 sólido)
Dada su capacidad de sublimación.

Obtención
De frío por expansión de un gas.:
Se basa en la aplicación directa de la ley de los gases ideales
PV=nRΔT .Un gas comprimido al
Expandirse pierde temperatura y por tanto absorbe la temperatura del exterior
Para

equilibrarse. Al expandirse, el volumen del recipiente permanece
Constante y la presión disminuye ya que las partículas chocan menos entre
Ellas. Esto causa que su temperatura baje ya que pierden energía cinética dado
La falta de colisiones.

Tipos de
Sistema de refrigeración

Sistemas
Abiertos:
usan refrigerantes no
Contaminantes, no tóxicos y fácil de obtener,para su utilización como el H2O o
El N2

● Sistemas cerrados:
suelen usar refrigerantes contaminantes o tóxicos y que por ello
La sustancia no puede ser

liberada al exterior como los HFC y sus variantes o NH3

Propiedades de los refrigerantes

Propiedades
Físicas ● Bajo
Punto de congelación:
inferior a la temperatura
Mínima del sistema.

● Baja
Presión de condensación:

potencia
Del condensador necesaria menor.

● Alta presión del evaporador:

presión positiva para evitar filtraciones.

● Alto calor latente de
Vaporización:

mayor absorción de calor.

● Alta densidad de vapor:

equipos más pequeños.

● Alta resistencia dieléctrica:

para evitar cortocircuitos.

Propiedades
Químicas ● Toxicidad:

no deben ser venenosos
Para los humanos y los alimentos.

● Solubilidad en aceite:

evitar problemas con aceite lubricante.

● Baja solubilidad en el agua:

evitar problemas de congelación y corrosión.

● Reactividad:

los refrigerantes no deben reaccionar con los
Materiales utilizados

en el ciclo de refrigeración.

Efectos
Ambientales● Detección
De fugas:
Se pueden agregar
Productos químicos de olor fuerte

● Inflamabilidad:

no debe hacer mezcla de combustión con el aire.

● ODP:

potencial de agotamiento del ozono.

● GWP:

potencial de calentamiento global.

Agua como refrigerante

En la gran mayoría de laboratorios, el agua es el refrigerante
De uso más común y está presente en gran cantidad de aparatos y máquinas
Refrigerantes.

Su conjunto de propiedades hace que destaque por encima de otros
Refrigerantes de uso común.Se puede usar tanto en estado líquido como en estado
Sólido.Destaca como refrigerante para temperaturas a partir de 0ºC

Propiedades
Del agua: inerte, no toxica,estable a cualquier tempertaura.

Aplicaciones
Del agua:
Baños frigoríficos, Mezclas
Frigoríficas, Refrigerante en un sistema de destilación o rotavapor.Refrigerante en
Radiadores de maquinaria, Criotermostatos de circulación

Vaso Dewar

Es un sistema abierto en el cual se utiliza un refrigerante para
Absorber el calor de un cuerpo.Consiste en un recipiente con una pared doble de
Vidrio, pintada de plateado y en cuyo espacio interior se produce vacío, su función
Principal es evitar la transferencia de energía entre el interior y el exterior
Y proporcionar aislamiento térmico.

Aplicaciones:●
Aislar térmicamente y
Disminuir las pérdidas de calor.● Almacenar líquidos, tanto fríos como calientes
(principalmente el nitrógeno líquido y el oxígeno líquido).● Puede almacenar helio
Aprovechando la capa de vidrio y el espacio entre paredes en el cual se añade
Nitrógeno líquido.● Fuera de laboratorio se utiliza como termostato.

Máquinas frigoríficas

Es un dispositivo cíclico que transfiere calor desde una zona de
Baja temperatura hasta otra de alta temperatura gracias a un motor eléctrico.

Los fluidos utilizados se llaman refrigerantes o fluidos frigorígenos.● El objetivo de la máquina
Frigorífica es extraer el calor de un espacio para mantener baja la
Temperatura, transfiriéndola o desechándola en otra zona de mayor temperatura.

Sistema
De una máquina:
Las máquinas frigoríficas
Utilizan un sistema cerrado de refrigeración por compresión mediante un
Circuito que reutiliza el refrigerante Cíclicamente.
1. El refrigerante pasa por la válvula de expansión
Para disminuir su presión y su temperatura (sigue líquido).

2. Pasa por el evaporador absorbiendo el calor del
Entorno y con ello aprovecha el calor latente del refrigerante para evaporar,
Pero sigue a la misma temperatura (pasa a gas).

3. Pasa por el compresor para hacer el proceso recíproco
Al paso 1 (sigue en gas).

4. Pasa por el condensador
Para pasar de líquido a gas y liberar el calor absorbido al exterior (pasa a
Líquido).

Criotermostatos y unidades refrigeradoras

Utilizan un sistema cerrado para enfriar un baño de un fluido a
Una temperatura deseada.

● El criotermostato utiliza
Un serpentín que actúa como evaporador del sistema cerrado para enfriar el baño

● En la unidad
Refrigeradora, el baño se encuentra en una máquina frigorífica.

● Ambos utilizan un
Controlador para mantener constante una temperatura deseada

● Suelen estar aislados
Para mantener la temperatura.

Aplicaciones:
Almacenamiento

● Enfriamiento de muestras,
Reactivos o instrumentos

● Enfriamiento de
Componentes de sistemas externos

● Refrigerante para
Rotavapores, sistemas de destilación u otros sistemas

● Refrigerante en
Refractometría.