Produccion de Frio

FRIO INDUSTRIAL AYUDA DOCENTE

PRODUCCION DE FRIO

EVOLUCION

Enrique Torrella 1 de 45

Evolución histórica

Hielo natural. Primeros usos

1000 a.C. Chinos cortando y almacenando hielo.

Nevera del castillo de Olite (Navarra) Un siciliano, Francisco Procope de Coltelli, la primera heladeria en su su café parisino el "Café Procope" 2

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Evolución histórica

Condensación de vapores

In the 11th century, the refrigerated coil, which was able to condense aromatic vapors, was invented by the Persian scientist Ibn Sina (Avicenna). He used refrigerated tubing to distill the essential oils. Enrique Torrella

Evolución histórica

Procesos químicos. Mezclas

Blas Villafranca, en su tratado de 1550 “Methodes refrigerandi ex vocato sale nitro vinum aquamque ac potus quodvis aliud genus, cui accedaent varia naturalium rerum problemata, non minus jucunda lectu, quam necesaria cognitu”, Villafranca utiliza el término refrigerar por primera vez. La mezcla de hielo con sales, para descensos de temperatura mas acentuados, es registrada tanto por Battista Porta (1589) como por Tancredo (1607). Enrique Torrella

Evolución histórica

Precursores del frío artificial por evaporación Georg Wilhelm Richmann (1711 - 1753)

• En 1748 el ruso G. Richmann (Георг Вильгельм Рихман) presentó, en la Academia Imperial de Ciencias de San Petersburgo, donde estaba a cargo del observatorio astronómico, un trabajo sobre experimentos con frío artificial. Colaborador de Mikhail Lomonosov, fue un pionero en el estudio de la electricidad y calorimetría, murió electrocutado por un rayo.

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William Cullen (1710-1790)

William Cullen fué un químico de la Universidad de Glasgow, profesor de Black. En 1748 evaporó eter etílico en vacio y en 1755 enfrió agua realizando vacio sobre ella. Fué autor de “Of the Cold produced by Evaporating Fluids, and of some other Means of producing Cold” (enfriamiento de aire por evaporación de liquidos en vacio). Cullen no consiguió aplicar su descubrimiento a propósitos practicos. En 1777, Gérald Nairne añadió acido sufúrico para acelerar el proceso.

Tiberius Cavallo (1749-1809)

En 1781 Tiberius Cavallo en su “Philosophical Transactions of the Royal Society” describió su experimentación en producción de frío mediante la evaporación de eter.

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Evolución histórica

La revolución del hielo natural

En 1805 Frederic Tudor (17831864) fundó la Tudor Ice Company, y se hizó acreedor del sobrenombre de “rey del hielo” transportando por mar este producto al Caribe, Europa e incluso hasta la India.

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Intentos teóricos máquinas de compresión Evolución histórica

Oliver Evans (1755-1819)

Oliver Evans fué quizá el primero en proponer el uso de ciclos cerrados en refrigeración en un tratado aparecido en Filadelfia (The Young Steam Engineer’s Guide) en 1805, en la que describe un ciclo de refrigeración por compresión y evaporación de éter etílico. Este principio fue utilizado con posterioridad por Perkins y Harrison. Además fue impulsor de la combinación de calor y potencia, inicio de la cogeneración, la cual fue patentada en 1784 por Sutton Thomas Wood.

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Richard Trevithick (1771 - 1833)

Richard Trevithick; en 1828 publica un ensayo sobre The Production of Artificial Cold. Inventor e ingeniero de minas, pionero del ferrocarril, ideó y construyó una locomotora a vapor de alta presión, que fue instalada en País de Gales (1803).

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La máquina Stirling Evolución histórica

ROBERT STIRLING (1790-1878)

• Con su hermano, James, desarrolló lo que sería el motor Stirling. La máquina GENERADORA “Stirling” fue ideada por Robert Stirling en 1816. Desde su invención fueron desarrollados diferentes tipos con el objetivo de aumentar su potencia y eficiencia. No obstante, su producción fue limitada frente a la de Otto inventada en 1877 y la de Diesel de 1893.

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John Herschel (1792 - 1871)

• Este tipo de máquinas no se usaron en el campo del frío hasta 1834 en el que John Hershel las utilizó en ciclo cerrado para la fabricación de hielo.

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La refrigeración termoeléctrica Thomas Jordan Seebeck (1770 - 1831)

• La termoelectricidad, tiene su origen en 1821 con Seebeck (1770 - 1831), y el desvío de una aguja imanada en la proximidad de un circuito, integrado por dos conductores diferentes, el cual era calentado parcialmente. Seebeck consideraba la magnetización como un efecto del gradiente térmico (pensaba que el magnetismo terrestre se debía a la diferencia de temperaturas entre el Ecuador y los polos).

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Jean Charles A. Peltier (1785 - 1845)

• En 1834, Peltier puso de manifiesto el efecto térmico asociado al paso de una corriente eléctrica a través de la unión de dos conductores diferentes. Como en el caso de Seebeck, la explicación dada por Peltier a los resultados de su experimentación no fue la correcta, ya que pensó haber encontrado un fallo a la ley de Ohm en el dominio de las bajas intensidades. No es hasta 1838 que Emil Lenz logró la congelación de una gota de agua, y su fusión por mera inversión del sentido de circulación eléctrica.

William Thomson (1824-1907)

• En 1851. Thomson mostró la existencia de un gradiente térmico asociado al paso de una corriente eléctrica en un único material, el fenómeno trae como consecuencia un calentamiento (ó enfriamiento) de naturaleza diferente a la que se genera por efecto Joule. Además Thomson relacionó los diferentes efetos termoeléctricos.

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Precursores de la máquina de absorción Evolución histórica

JHON LESLIE (1766 -1832)

• JHON LESLIE; desarrolló un método para obtener hielo artificial. En 1804 publicó “An Experimental Inquiry into the Nature and Propagation of Heat”, y en 1823 construyó un aparato capaz de producir la congelación de agua por evaporación de un liquido.

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MICHAEL FARADAY (1791-1867)

• MICHAEL FARADAY; Científico e inventor, descubrió que comprimiendo y licuando amoníaco podía enfriar aire cuando el amoníaco líquido se evaporaba. Trabajo simultáneamente en diversos campos, como licuefacción de gases comunes, estudio del electromagnetismo, teoría de la propagación de la luz, electroquímica...

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La primera máquina de compresión. Jacob Perkins A partir de los trabajos de Evans y Trevithick, Jacob Perkins (1766-1849) fabricó un compresor y obtuvo la primera patente de una máquina de compresión simple, patente británica nº 6662 en 1834, descrita como “Improvement in the Apparatus and Means of Producing Ice and in Cooling Liquids” con vistas a la fabricación de hielo. En la descripción para la obtención de la patente, Perkins hablaba de su máquina como “un aparato o medios mediante los cuales estoy capacitado para usar fluidos volátiles con el objeto de producir el enfriamiento o la congelación de líquidos y, al mismo tiempo, condensar constantemente dicho fluido volátil para usarlo una y otra vez, sin desperdicio”. Los fluidos refrigerantes utilizados eran éter sulfúrico y metílico. "Ya saben fabricar hielo", dicen que comentó el Papa Gregorio XVI al enterarse del invento de Perkins, "eso es meterse en el terreno de Dios. Ahora van a llevar su irreverencia blasfema hasta el extremo de fabricar sangre".

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La máquina de compresión. Cauchina. John Hague

El asistente de Perkins, John Hague, construyó una máquina bajo patente de Perkins en 1834, pero encontró que le eran necesarias unas modificaciones. No solo Hague cambió el diseño, sino también cambió el refrigerante. Hague usó solventes volátiles, como la Caoutchoucine, líquido volátil obtenido de la goma natural. En el siglo XIX, la goma natural (comúnmente referida como caucho) era importada de la India Enrique Torrella

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La primera máquina de aire. DR. John Gorrie DR. JOHN GORRIE (1803-1855); diseño la primera máquina de aire con destino al acondicionamiento de aire en un hospital de Florida. En 1844 diseñó una máquina de ciclo abierto, que funcionaba con aire comprimido, para la producción de hielo y el enfriamiento del aire para el uso del hospital. En abril de 1848 su máquina fue construida en Cincinnati por la Cincinnati Iron Works y en octubre de ese mismo año pudo realizar demostraciones de su funcionamiento. Su publicación en “Scientific American” es de 1849, en 1850 recibió la patente inglesa 13 124, y en 1851 la U. S. Patent 8080 “Improved process for the artificial production of ice”. Las máquinas de aire siguieron su desarrollo en base a los trabajos de Alexander Carnegie Kirk (1830 -1892) con sus máquinas de ciclo cerrado, En 1877 Leicester Allen (1832-1912) construyó otra máquina en ciclo cerrado de alta presión (15 bar). Otras realizaciones se deben a Franz Windhausen (1829-1904) y Paul Giffard (1837-1897)

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Máquinas de compresión. R-744. Alexander C. Twinning

ALEXANDER C. TWINNING (1801– 1884). La primera utilización del CO2 como fluido frigorígeno fue descrita por él en el año 1850. En base a las ideas de Perkins comenzó a proyectar y construir plantas de fabricación de hielo, usando éter etílico como refrigerante y llegando en 1853 a obtener 725 Kg diarios de hielo, también utilizó éter sulfúrico hacia 1856. Entre 1853 y 1874 obtuvo las patentes 10 221 “Manufacturing Ice“, 34 018 “Improvement in apparatus for cooling and freezing”, 31 993, 35 051, 121 975, 146 620 y 146 621. Fué competidor tanto de J. Harrison como de F. Carré.

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La primera máquina de absorción. Ferdinad y Edmond Carré A partir de los experimentos de Edward Nairne, John Leslie y John Vallance se sentaron las bases de las máquinas de absorción pero fue Edmond Carré (18331894) el primero en comercializarlas con la mezcla ácido sulfúrico-agua, el dispositivo tenía como finalidad el enfriamiento de líquidos. Por su parte su hermano Ferdinad (1824-1900) sustituyó el acido sufúrico por amoníaco. La presentación de esta máquina en la exposición universal de Londres, provocó una gran conmoción, por la paradoja de utilizar calor en dicha producción. El apellido CARRE había entrado en la historia de la producción de frío como uno de sus pilares básicos, tanto por su aportación de un método de producción, como por ser los primeros en utilizar amoníaco como fluido refrigerante. La obtención, en 1860, de la patente USA 30 201 “Improvement in apparatus for freezing liquids” por parte de Ferdinand Carré (máquina de absorción de ciclo cerrado), inició el despegue de la producción del frío artificial.

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El concepto de la bomba de calor: Lord Kelvin

SINCE DECEMBER 1852, when Lord Kelvin (1824-1907) presented before the Glasgow Philosophical Society a modest little paper, "On the Economy of the Heating or Cooling of Buildings by Means of Currents of Air," the Heat Pump has been a prime target for technical writers.

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Desarrollo máquinas de compresión. James Harrison

JAMES HARRISON (1816 - 1893). James Harrison, impresor de Glasgow. Un día mientras limpiaba los tipos observó el efecto que ejercía sobre el metal y cómo se producía su evaporación. Harrison explotó el proceso comprimiendo éter gaseoso con una bomba hasta licuarlo, después disminuía la presión, con lo que el éter volvía a evaporarse, enfriándose el metal considerablemente al hacerlo. Aplicó el sistema a una fabrica de cerveza, donde se bombeaba gas de éter frío en tuberías que rodeaba el edificio En base a los trabajos de Perkins construyó una máquina de compresión que trabajaba con éter como refrigerante. En 1857 la patentó, esta máquina fabricaba tres toneladas diarias de hielo. En 1859 fundó una compañía para fabricar su máquina en Sidney, y dos años después comenzó una producción limitada en Inglaterra.

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Desarrollo máquinas de compresión. Augustus Siebe

Siebes' patent ice-making machine, 1862. Siebes' patent ice-making machine exhibited at the world's fair in London, 1862. Augustus Siebe (1788-1872) was a German-born British engineer chiefly known for his contributions to diving equipment. Siebe and Harrison's patent icemaking machine, 1862. This machine was patented by James Harrison in Australia in 1859, and the design was then improved by Augustus Siebe & Co of London in 1861. It operated by using compression of ether followed by its sudden expansion to freeze water. Apparently it was capable of 'converting 200 gallons of spring or river water into solid ice without using chemicals'. The machine is shown at the International Exhibition, London, held in 1862.

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Desarrollo máquinas de compresión. Charles Tellier

(1828-1913) Su máquina de compresión con refrigerante éter metílico obtuvo en 1864 la patente inglesa Nº 387. En 1876 transportó, a bordo de su barco "Le Frigorifique", una carga de carne desde Buenos Aires a Rouen.

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Desarrollo máquinas de compresión.Daniel Livingston Holden. Chimogeno Evolución histórica

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1867 Daniel Livingston Holden began constructing ice making Plants using chymogene (petroleum ether) refrigerant. Around 1865 Daniel Livingston Holden installed a Carré machine in San Antonio and made several improvements on it. He equipped the machine with steam coils and used distilled water to produce clear ice. By 1867 three companies were manufacturing artificial ice in San Antonio. At that time there were only five other ice plants in the entire United States. About 1866 or 1867 Holden acquired the Peter Henri Van der Weyde compression patent, which used petroleum ether and naphtha as refrigerants, and in 1869 Holden took out a patent on his own designs. That year he also partially supervised the installation of a sixty-toncapacity Carré plant in New Orleans. He extended his activities across Texas and into Louisiana and the South. 1869 Daniel Livingstone Holden’s machine for making ice, New Orleans 1880 Holden’s improved ice plant, Philadelphia

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Desarrollo máquinas de compresión. Thaddeus Sobieski Coulincourt Lowe. R-744

Este aeronauta e inventor (1832-1913) también utilizó el dióxido de carbono, patentando una máquina de compresión (patente inglesa 952 del año 1867, y patentes USA 63 404 (1867) “Improvement in apparatus for the manufacturing of ice”, 63 405 (1867) “ Improved apparatus for condensing carbonic acid, and for drawing off and applying the same for cooling and freezing” y 68 413 (1867) “Improved mode of manufacturing ice”). Construyó una máquina para fabricación de hielo en 1869 en Jackson (Missisipi) y otra para el transporte de carne en el barco “William Tabor”. También construyó calderas y equipos de para gasificación de coke.

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Desarrollo diversas máquinas. Franz Windhausen

Este alemán (1829-1904), ya mencionado con anterioridad, diseño una máquina de aire en ciclo cerrado en 1868, a cual podía ser movida por vapor, agua o viento y producía de 100 a 1000 libras de hielo por hora. Windhausen construyó mas de cien unidades en Europa y estados Unidos. 1876-77: F. Windhausen built the first industrial water vapor refrigerating machines. En 1886 diseño una fábrica de hielo, servida por una instalación de compresión con dióxido de carbono como fluido refrigerante, patente inglesa 2864, la cual fue adquirida por J & E Hall de Inglaterra.

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1869 EL COMPRESOR DE DOBLE EFECTO Evolución histórica

 1869 Double acting ammonia compressor constructed in New Orleans by Francis DeCoppet. Durante 1869, el sistema de refrigeración diseñado por Charles Tellier de Francia, elaborado en Nueva Orleans. El sistema de Tellier normalmente usaba éter metilico, pero alguien lo sustituyó por amoníaco. Francis DeCoppet desechó el compresor de Tellier, puesto que fue diseñado para bajas presiones, para construir un nuevo compresor diseñado expresamente para amoníaco.

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Desarrollo máquinas de compresión. Compresor de amoníaco. David Boyle

(1837-1891)En 1872 diseña la primera máquina de compresión con amoníaco como fluido refrigerante, la cual fue fabricado hasta 1905. Su compresor de amoníaco obtuvo la patente U.S. Nº 128 448 “Improvement in ice machines”. Con la ayuda de R.T. Crane fabricó tres compresores de amoníaco uno para el King Ranch en Texas, otro para Austin y el tercero para el Philadelphia Centennial Exposition de 1876. Fundó su propia compañia la “Boyle Ice Machine Co.”.

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Inconvenientes del amoníaco Tavernes Blanques (Valencia). 27/11/2004

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Desarrollo máquinas de compresión. SO2. Raoult Pictet

En 1874 el profesor suizo Raoul Pictet (1842-1904) diseñó una máquina de compresión que utilizaba dióxido de azufre como fluido refrigerante, para evitar el peligro derivado de este fluido se utilizaba refrigeración indirecta, enfriando glicerina, la cual era bombeada a su punto de aplicación, una pista de patinaje.

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Australia. Transporte de carne. Thomas Sutcliffe Mort & Eugene Dominique Nicolle

Nicolle (1824-1909) , ingeniero francés, en cooperación con el industrial Mort (18161878), inventaron y patentaron gran cantidad de equipamiento, 12 patentes en diez años desde 1875, con destino al transporte de carne congelada desde Australia hacia Inglaterra, en 1879 transportaron en el “Stratheleven” 40 toneladas de carne.

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Desarrollo máquinas de compresión. NH3. Karl Paul Gottfried von Linde

Profesor de teoría de máquinas en la “Technische Hochschule” de Munich, fundó en Wiesbaden en 1879 una sociedad para explotar su patente de máquina para fabricación de hielo. Desde 1890 vivió en Munich donde instaló un laboratorio de ensayo de máquinas frigoríficas. Escribió la obra “Sauerstoffgewinnug mittels fraktionierter Verdampfung flüssiger Luft“ en 1902. Von Linde (1842- 1934) es uno de los grandes precursores de la utilización industrial del frío, utilizando tanto dióxido de carbono como amoníaco. En 1876 obtuvo la patente británica nº 1468, en 1877 una patente del German Imperial y otra americana en 1880. Linde también construyó el primer equipo de climatización doméstica para un rajá indio.

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Década 1870. Inicio del transporte frigorifico ferroviario.

Con hielo

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Década 1870. Inicio del transporte frigorifico ferroviario.

1877. JOEL TIFFANY con su “Summer and Winter Car” US patente Nº 193 357 “Improvement in Refrigerator Cars” fue el primer dispositivo refrigerado por hielo en el mercado. Si bien el mismo año Gustavus Franklin Swift (1839-1903) y el ingeniero Andrew Chase desarrollaron un diseño similar.

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Década 1870. Inicio del transporte frigorifico ferroviario.

A rare double-door refrigerator car utilized the "Hanrahan System of Automatic Refrigeration" as built by ACF, circa 1898. The car had a single, centrally located ice bunker which was said to offer better cold air distribution. The two segregated cold rooms were well suited for less-than-carload (LCL) shipments Caption statement here

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Década 1870. Inicio del transporte frigorifico ferroviario.

Illinois Central Railroad #14713, a ventilated fruit car dating from 1893.

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Década 1870. Inicio del transporte frigorifico ferroviario.

A builder's photo of one of the first refrigerator cars to come out of the Detroit plant of the American Car and Foundry Company (ACF), built for the Swift Refrigerator Line in 1899

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Desarrollo máquinas de compresión. Cloruro de metilo.

1878: Methyl Chloride successfully used as a refrigerant by Camille Vincent of France. (British Patent 470 of 1879) . a través de la firma Crespin & Marteau y su sucesora Duane. El cloruro de metilo fue aparentemente usado por los Franceses en el campo de batalla como un anestésico para la amputación quirúrgica. Los sistemas de Cloruro de Metilo experimentaron problemas al principio, la Glicerina fue usada como lubricante en el compresor, sin embargo, ésta absorbía humedad y atascaba la expansión del dispositivo. La primera máquina, también experimentaba fallas del Cloruro de Metilo, resultando cloro compuesto dañino para la maquinaria

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Desarrollo de máquinas de aire

John Hall

• Air Refrigerating Machine 1881. John Hall and Edward Hall or J & E Hall), of Dartford, (England) for use in the Australian meat trade.

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HASLAM

• Máquina de aire HASLAM de 1881.

Bell-Coleman

• Lord Kelvin assisted the engineer J. Coleman in designing what became the Bell-Coleman compressed-air machine. Advertisement for the BellColeman Mechanical Refrigeration Company, circa 1890. • 1862 Closed air-cycle refrigerating system by Alexander Kirk • 1877: Leicester Allen built a high pressure (15 bar) closed cycle air refrigerating machine

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Desarrollo máquinas de compresión. Cloruro de etilo.

1883: Ethyl Chloride vapor-refrigerating system patented by C. Palmer (US Patent 290600) . The Holmes refrigerating unit, manufactured In 1928 and 1929, featured a two stage Rotary compressor. Like the Allison, the Holmes used a hermetic blade type rotary compressor with ethyl chloride as the refrigerant.

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Desarrollo máquinas de compresión. Doble etapa directa.

En 1885, un australiano W.G. Lock patenta el primer compresor compound. En 1889 la firma Sulzer fabricó el primer compresor de doble etapa con amoníaco como fluido de trabajo. En la figura un compresor horizontal de amoníaco “compound” de dos etapas (1889-1900) de Carl von Linde. En 1889 J. & E. Hall construye el primer compresor de doble etapa para CO2. Un segundo compresor de doble etapa fué construido por la empresa York en 1892. La compañía Frick pone a punto en 1938 las instalaciones de doble compresión tal como hoy las conocemos (sistema booster)

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El efecto Ettinghausen. 1886 Evolución histórica

Walther Hermann Nernst (1864-1941)

Albert von Ettinghausen (1850-1932)

Nernst y Ettinghausen descubrieron que cuando sobre un conductor o semiconductor se ejercía un campo magnético y normalmente a éste un campo eléctrico, se producía un gradiente térmico en la tercera coordenada espacial. Este efecto no ha tenido, hasta el momento, relevancia industrial.

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Desarrollo máquinas de compresión.SO2. La máquina “AUDRIFFEN”

Patentada por el monje MARCEL AUDIFFREN en 1894. Su uso inicial era el enfriamiento de liquido, y podía ser movido a mano o por motor. Manufactured after 1903 in France by Henri Singrun Hacia el final de los años 1920 General Electric modificó el diseño original para obtener la primera nevera hermética comercial con utilización de dióxido de azufre.

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Evolución histórica

Desarrollo máquinas de compresión.SO2. 1909 Brown Bovery. SO2 – NH3

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Evolución histórica

Problemas con el SO2 en neveras

a General Electric Type V-5-C 'home-style' refrigerator, capacity of 1.75 pounds of SO2 refrigerant.

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Evolución histórica

Desarrollo máquinas de absorción. 1900

Absorción 1990

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Evolución histórica

1900 Compresor vertical

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Evolución histórica

1900 Compresores

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Linde. NH3. 1901

De la Vergne. Doble efecto. 1902

Haslam. 1908

Artic. 1900 Enrique Torrella

Evolución histórica

1900-1922 Compresores de CO2

CO2

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Evolución histórica

1916-1962 Desarrollo de compresores

Año

1916

1933/43

1950

1962

1

4

6

8

Régimen giro [rpm]

160

360

500

1450

Peso [kg]

7200

3300/3600

1600

900

Nº Cilindros

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Evolución histórica

Desarrollo máquinas de compresión Compresor doble aspiración

En 1903 Gardner T. Voorhees (1869 _ 1937) introduce los compresores de doble succión. (US Patent 793864 de 1905). Este ingeniero publicó diferentes tratados sobre producción de frío.

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Evolución histórica

La Liofilización

1906: Discovery of Freeze-drying is perfected by A. d’Arsonval and F. Bordas (France). The method was also discovered independently by Shackwell (U.S.A.) in 1909. 1935: Freeze-drying equipment was developed by E.W. Flosdorff and S. Mudd (U.S.)

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La máquina de eyección Evolución histórica

La primera realización parece se debe al experimento de Leslie, el cual logró congelar agua líquida por evaporación parcial, sometiéndola a un vacío. Sin embargo, no es hasta los trabajo de CHARLES PARSONS (1854-1931) en 1901 y de MAURICE LEBLANC (18571923) en 1909, en el que se utiliza como “absorbedor” un chorro de vapor motriz, mediante el cual, y por efecto Venturi, se eliminan los vapores producidos en la zona de baja temperatura. En el posterior desarrollo de las máquinas de eyección es conveniente resaltar dos realizaciones; La máquina de Westinghouse-Leblanc (con utilización de salmuera), en la que el efecto Venturi provoca un alto vacío en evaporador. la salmuera enfriada se envía a la zona de utilización, donde sufre un calentamiento, retornando posteriormente al evaporador en el que hace su entrada en forma de una fina lluvia, destinada a aumentar la superficie de contacto, y la máquina de Josse-Gensecke, cuya particularidad radica en la introducción de una cantidad regulable de aire, con lo que se limita el vacío.

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Evolución histórica

La refrigeración doméstica

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La refrigeración doméstica. Neveras de hielo Evolución histórica

 El primer antecedente de este tipo de dispositivo es la patente obtenida en 1803 por Thomas Moore, el cual no era sino una caja dentro de otra para almacenar alimentos con ayuda de hielo, al cual denomino “refrigerador”.

Patente Thomas Moore

Nevera hielo 1874 51

Henry Trost 1901 Enrique Torrella

Evolución histórica

Dificultades en la introducción del frío doméstico  En primer lugar desarrollar equipos a una escala reducida que puedan ser utilizados.  En segundo lugar el fluido refrigerante, hasta la llegada de los CFC los mas utilizados fueron dióxido de azufre o cloruro de metilo, ambos tóxicos y peligrosos dado que uno de los problemas de los compresores eran las fugas.  Los primeros intentos con refrigeración mecánica se centraron en la reutilización de las viejas neveras de hielo.  A continuación se pasa revista a algunos de los primeros avances en este campo. Enrique Torrella

Evolución histórica

Refrigeración mecánica sobre neveras de hielo

General Electric

Modelo oc-2. Condensado por agua 53

Kelvinator

1925. remoto

Equipo

Kelvinator

1918. remoto

Equipo

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Evolución histórica

Refrigeradores de compresión mecánica

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Domelre

Kelvinator

Frigidaire

G&E

• Primero para la fabricación en serie, “Domelre (DOMestic ELectric REfrigerator)” de Fred W. Wolf presentado en Chicago, en 1913 ($900).

1918 Kelvinator, por Nathaniel B. Wales, para el mercado americano, vendiendo 67 unidades ese año.

En el año 1919 apareció en el mercado la marca "Frigidaire. Diseño de Alfred Mellowes de Guardian efrigerator Company. En 1931 Frigidaire es la primera a pasar a Freon,

En 1927 el Monitor Top. $525, diseñado por Christian Steenstrup

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Compresor hermético Evolución histórica

 En 1918, Douglas Henry Stokes construyó el primer compresor hermético. Con la incorporación del arranque del motor eléctrico mediante condensador se produce la irrupción del frío en la baja potencia en especial en refrigeradores domésticos. Inicialmente los motores son de 4 polos, pero hacia 1940 se pasa a 2 polos lo que reduce el tamaño de forma significativa.

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Evolución histórica

La nevera no-frost

1931 The first air-cooled refrigerator introduced by Electrolux

Enrique Torrella

Evolución histórica

La nevera de dos cuerpos

1947 GE two-door refrigerator-freezer combination

Enrique Torrella

CICLO “VUILLEUMIER” Evolución histórica

 El dispositivo Vuilleumier fue patentado en 1918 por RUDOLPH VUILLEUMIER, su funcionamiento es similar al de la máquina Stirling, excepto que utiliza “un compresor térmico” en lugar de uno de tipo mecánico, es deir, el Vuilleumier es al Stirling lo que la absorción es a la máquina de compresión. Mejoras posteriores se deben tanto a Vannevar Bush (1938) como a K.W. Taconis (1951) y Berry (1975).  Esta máquina se esta desarrollando en Japón por Sanyo junto a la Japan Gas Association con destino a su aplicación como bomba de calor en sistemas de climatización.

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Compresores rotativos de paletas Evolución histórica

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El primer compresor de paletas giratorias, usó cloruro de metilo como refrigerante, fue instalado en un barco americano el “Carnegie”. F.Stamp desarrolla un equipo en Alemania hacia 1920 con cloruro de etilo de una potencia de 1000 kcal/h. En Estados Unidos en 1922, Sunbeam Electric construyo pequeños compresores de 150 kcal/h con dióxido de azufre destinados a refrigeración doméstica. Por su parte, la empresa Sulzer desarrolla el “Frigorotor” of 1000 a 10000 kcal/h con cloruro de metilo como refrigerante, mas tarde pasa a amoníaco para grandes potencias denominándose “Frigocentrale”. También en Suiza, la empresa Escher-Weis construye este tipo de compresores con el nombre de “Rotasco” hacia 1936. Estos compresores también se construyen en Bélgica por Lebrun y en Holanda por Grasso en 1924. Con respecto a los de única paleta, este aparece en Francia en 1919, este compresor pasa a Estados Unidos en 1920 construido por W.S.F. Rolaff y por M. Guttner en Alemania en 1922. El diseño de Rolaff trabajaba con dióxido de azufre y se utilizaba en el sector doméstico, por su parte el de Guttner utilizaba amoníaco y cloruro de metilo en grandes instalaciones. Compresores herméticos de paleta única se utilizan en USA por Frigidaire con R-114, por General Electric y por Bosch en Alemania con dióxido de azufre. En 1931, Vilter (USA) construye compresores de gran potencia, hasta 200000 kcal/h primero con amoníaco y después con R-12.

Rotasco 1938

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Evolución histórica

Desarrollo máquinas de absorción. Baltzar von Platen; Carl Munters. Máquina monopresión

VON PLATEN (1898-1984) junto a CARL MUNTERS (1897-1989), fueron los inventores de la máquina de absorción a “gas” (Dometic) en 1922 en el Royal Institute of Technology de Estocolmo. Se trata de una máquina monopresión con amoníaco como refrigerante, agua como absorbente e hidrógeno como fluido “inerte”. La producción de esta máquina se produjo en 1923 por parte de AB Artic, la cual fue adquirida por Electrolux en 1925. La empresa Servel compró los derechos de producción en Estados Unidos en 1925.

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Expendedores de helados. NIZER Evolución histórica

 1923: Electrically refrigerated ice cream cabinet was marketed by Nizer  Nizer Corporation was a maker of electrically cooled ice-cream cabinets based in Detroit Michigan. During its active years, it was the market leader in this field. The company was purchased by Kelvinator in 1926  Nizer ice cream cabinet at MacDonald Hotel, Edmonton, Alberta. 1927 61

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Evolución histórica

Desarrollo máquinas de absorción. Régimen discontinuo. Icyball Sir Edward Hallstrom en 1923 y Powell Crosley Jr. en 1927, manufactured this absorption type unit so people could have refrigeration in areas where there was no electricity. By regenerating this system over a kerosene burner the cabinet would be cooled to 43° or less and ice cubes could be made for a period of about 36 hours depending upon room temperature. Enrique Torrella

Congelación alimentos. Clarence Birdseye Evolución histórica

BIRDSEYE (1886-1956) durante su estancia en Labrador (1912) dedicado al comercio de pieles observo la práctica de la congelación de alimentos, lo que le dio la idea de la congelación de alimentos envasados al por menor. Fundo su propia compañía la “General Seafoods Company “ y en 1925 construyo un túnel de congelación “Quick Freeze Machine” que es una de sus numerosas patentes en el campo de la congelación de alimentos.

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Evolución histórica

1926 Portátil AA Harry Schutz

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Evolución histórica

El aerosol. Erik Rotheim

El noruego, Erik Rotheim, descubrió en 1926 un método para pulverizar el producto contenido en un recipiente, introduciendo en el un liquido o gas capaz de crear presión interna. La idea no se desarrollo comercialmente hasta 1941, cuando dos estadounidenses, L. D. Goodhue y W. N. Sullivan, desarrollaron un insecticida para los soldados americanos durante la II guerra mundial, que podía pulverizarse desde un bote por bióxido de carbono.. El primer aerosol en botes de aluminio fue producido en Alemania en 1954 por Ernst Kohl.

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Evolución histórica

1926 Eyección multietapa

En 1926, Raoult Ferdinand Follain patenta la máquina de eyección multietapa.

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Máquinas de Adsorción . 1927 Evolución histórica

Es entre los años veinte y treinta del siglo XX cuando se desarrolló la máquina de refrigeración por adsorción, en1927 la firma Copeland y la corporación americana Silica-Gel Corp. presentaron una máquina de refrigeración por adsorción con silicagel, desplazada rápidamente por la aplicación de los compuestos CFC, descubiertos en aquella época en los sistemas de refrigeración por compresión. Una de las razones más notables para su sustitución fue el carácter intermitente de su funcionamiento. Esta tecnología fue luego introducida por la firmas Safety Car Heating y Lighting Co. en el enfriamiento de vagones ferroviarios. Después de numerosas pruebas bajo las distintas condiciones, el sistema desarrollado convenció tanto que se comenzó a realizar su producción en serie y se construyeron 50 vagones ferroviarios con dicha tecnología de enfriamiento para el transporte de pescado. En este sistema fue utilizado SO2 (dióxido de azufre) como refrigerante. Este tipo de equipo no pudo mantenerse por mucho tiempo en operación porque la silicagel disminuía su capacidad de adsorción con el tiempo, lo cual repercutía directamente en la disminución del rendimiento. En aquel entonces el agua fue utilizada en muy pocas ocasiones como medio refrigerante; tal es el caso de la firma Carrier Co., que construyó sistemas de aire acondicionado en los cuales se utilizó la combinación silicagel-agua como medio de trabajo en el sistema. Adsorption refrigerating machine using silicagel SO2 was developed: Patente E.B. Miller 1929 Patente J.M.F. Vickers-E. Romvary 1936

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Evolución histórica

Tubo capilar

1927: Capillary tube refrigerant control was invented by Thomas Carpenter (US Patent 1919500)

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Evolución histórica

Válvula Expansión

1927: Modern type “thermostatic expansion valve” was patented by Harry Thompson (US Patent 1747958)

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El enfriamiento Vortex Evolución histórica

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El tubo vortex se inventó, casi por accidente, en 1928, por GEORGES JOSEPH RANQUE, un estudiante francés de físicas durante una experimentación con una bomba vortex, al notar que salía aire frío por un extremo y caliente por otro. Ranque puso en marcha una compañía para explotar, sin éxito, su potencial comercial. A él se debe el trabajo “Experiments on Expansion in a Vortex with Simultaneous Exhaust of Hot and Cold Air” publicado en Le Journal De Physique, et le Radium (Paris), vol 4, June 1933, pp 11251130. También la patente US 1952281. Durante la segunda guerra mundial, el ejercito alemán descubrió, en la Francia ocupada, algunos de los primeros modelos experimentales, lo que sirvió de base al físico RUDOLF HILSCH (1903-1972) que continuo su desarrollo, dando lugar a un equipo denominado Wirbelröhre (literalmente, tubo vortex). Suyo es el trabajo “The Use of the Expansion of Gases in A Centrifugal Field as Cooling Process” publicado en The Review of Scientific Instruments, vol. 18(2), 108-1113, (1947). Los trabajos en este sistema no prosperaron por tener eficiencias menores a los del sistema convencional por compresión de vapor. En la actualidad su campo de aplicación está muy restringido al enfriamiento localizado. Enrique Torrella

Evolución histórica

Desarrollo máquinas de absorción. Albert Einstein – Leó Szilárd. Máquina monopresión

Einstein (1879-1955) y su discípulo Szilárd, (1898-1964) motivados por la muerte de una familia como consecuencia de las emisiones tóxicas de un frigorífico de gas, patentaron tres nuevos tipos de refrigeradores domésticos de absorción U.S. Patente 1781541 (1930), patentes que fueron adquiridas por Electrolux. Estas máquinas de única presión, trabajan con amoníaco como refrigerante, agua como absorbente y butano como gas de igualación de presión, una de las variantes es muy similar a la máquina de PlatenMunters. Sin embargo, el frigorífico de Einstein nunca llegó a comercializarse, en gran medida a consecuencia de la depresión económica de la época y por la invención de los clorofluorocarbonos.

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Evolución histórica

1930 Compresor de doble tornillo LYSHOLM Heinrich Krigar in Germany on March 24th, 1878, patent #4121, first patented the principle of the screw compressor. He modified and improved his designs later that year and lodged a second patent (number 7116) on August 16th, 1878. Both of these patents are amongst the earliest on record, as the German Patent Office had only been formed just one year earlier. Heinrich Krigar resided in Hannover and his illustrations clearly show a two-lobe rotor assembly, each rotor having the same profile as each other. In fact the rotor configuration resembles the Roots design, exhibited in Europe during 1867, with the exception that the rotors in the Krigar screw compressor twist through an angle of 180 deg along their length. At that time it was not possible to develop the idea any further because of the lack of manufacturing technology. Half a century later, a Swedish steam turbine manufacturer called Ljungstroms Angturbin AB appointed a new Chief Engineer, his name was Alf Lysholm and he was to be the pivotal in the development of the modern screw compressor. At that time, Lysholm was looking into lightweight compressors for gas and steam turbine use. By this time the original patent rights had expired. Lysholm developed the profile of the screw compressor and tested various configurations and rotor lobe combinations. Not only was the shape of the rotors important, he solved the problem and patented the method for accurately machining the rotors. The 1935 patent clearly shows his asymmetric 5 female - 4 male lobe rotor design, although the shapes have been 'fine tuned' over the years, the screw compressor had at last been born.

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LOS CFC Evolución histórica

 La necesidad de fluidos no tóxicos ni inflammables con destino a refrigeración doméstica con condensación por aire, llevó al equipo integrado por Thomas Midgley, Albert Leon Henne, Robert Reed McNary, bajo la direción de Charles Kettering (G.M.) al desarrollo de los posteriormente denominados CFC (1930). Parece ser que T. Midgley en la presentación del primer CFC (R-12) tomó una bocanada de vapor y con ella apagó una vela, demostrando las características que se pretendían conseguir. 73

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Desarrollo de los CFC Evolución histórica

 1931 CFC-12 introducción comercial.  1932 CFC-11 introducción comercial. En 1933 Carrier Engineering Co. lo aplica a comp. centrífugos como Carrene #2 .  1933 CFC-114 introducido por Carrier en centrifugos  1934 CFC-113 introducido por Carrier en centrifugos como Carrene #3.  1935 CFC-21 usado en neveras domésticas por Crosley Radio Corp.  1936 HCFC-22 introducción comercial.  1943 CFC-11 y 12 introducción como propelente en aerosoles.  1945 CFC-13 introducción para bajas temperaturas.  1950 R-500 (azeotropo de R-12/R-152) introducido por Carrier como Carrene #7.  1956 La nomenclatura Dupont pasa a ser de uso general.  1962 R-502 (azeotropo de R-22/R-115) introducción comercial.  1974 (Sept) Convención de la American Chemical Society in Atlantic City. Presentación de las teorías de Rowland-Molina. 74

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La compresión en cascada Evolución histórica

 In 1932 the Frick Company, in response to ongoing safety concerns about large ammonia charges, started installing a hybrid system which used carbon dioxide for the low temperature stage, with a much smaller ammonia plant providing the necessary refrigeration to condense the carbon dioxide at moderate temperatures and pressures [4].  What Frick called the ‘split-stage’ system, shown in Fig. 3 was identical in principle to the modern carbon dioxide/ ammonia cascade systems which have been reported over the last 10 years or so. Even in 1932, however, this concept was already 65 years old, having been first proposed by Tellier in 1867  En 946 M. Ruhemann proposed the auto-cascade system

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Evolución histórica

Transporte frigorífico por carretera

1926

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Evolución histórica

Transporte frigorífico por carretera

1929

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Evolución histórica

Transporte frigorífico por carretera

1932ption statement here

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Evolución histórica

Desarrollo del transporte frigorífico por carretera

En 1935 Frederick Mckinley Jones (1893-1961) produce un sistema de refrigeración automático para transporte frigorífico por carretera, sistema que posteriormente se adaptó en otros tipos de transporte como el ferroviario y marítimo.

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Evolución histórica

Absorcion con cloruro de litio-agua

 1937: A.A. Berestneff developed water/ lithium chloride absorption refrigerating system

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1940 Desarrollo máquinas de EYECCIÓN Evolución histórica

 FOSTER WHEELER_EYECCIO N_1940  FOSTER WHEELER_EYECCIO N_1969

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Heat pipe Evolución histórica

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Los tubos de calor se conocen desde hace bastantes años; una versión muy sencilla, el llamado tubo Perkins, fue patentada por Richard S. Gaugler en 1942 ( U.S. patent 1944). En 1963 M. Grover del laboratorio de Los Álamos, dio la versión definitiva y el nombre “Heat Pipe” que traduciremos por “Tubo de calor”. Entre 1963 y 1970 las aplicaciones se circunscriben a lo que antes hemos descrito como técnicas avanzadas: aeronáutica, convertidores termoiónicos, industria nuclear. A partir de la década de los 70, se empiezan a utilizar en numerosos campos de la ingeniería relacionados directa o indirectamente con la transmisión de calor. W. B. Hall en 1964 presenta una patente de un tubo de calor de conductancia variable. En 1976 S. W. Chi publica “Heat pipe theory and practice” donde fija la teoría básica.

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Evolución histórica

Small Electrolux domestic refrigerator, c 1940s. This small ammonia absorption refrigerator

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1940 WILLIS CARRIER (1876 – 1950) Evolución histórica

 Además de las aplicaciones en acondicionamiento de aire, la firma CARRIER debe ser considerada por:  La introducción del compresor centrífugo y con éste la utilización de nuevos fluidos adaptados a este tipo de compresores.  La introducción, en 1945, de máquinas de absorción con la mezcla agua-bromuro de litio, de capacidades en el rango de 100 a 700 toneladas de refrigeración, alimentadas con vapor a baja presión. Si bien hay que resaltar que en 1940 la empresa SERVEL las fabricaba (15 a 35 toneladas de capacidad).

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Evolución histórica

1930 DESARROLLO COMP. CENTRIFUGOS

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A.F. Ioffe Evolución histórica

 En 1949 A.F. Ioffe fabrica el primer refrigerador doméstico con efecto termoeléctrico (Peltier). módulos  Los termoeléctricos se encontraban disponibles en el mercado desde 1938.

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Evolución histórica

1960-1972 MAQUINAS ABSORCION CARRIER

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1960 Bernard Zimmern Evolución histórica

 El segundo tipo de compresores de tornillo, el monotornillo, tiene su origen en los trabajos de Bernard Zimmern de 1960, pero no es hasta 1962 que se fabrica un prototipo de 10 HP que giraba a 5000 rpm. La primera licencia fue adquirida por Peugeot con destino a la compresión de aire. A partir de 1963 otros fabricantes se interesaron por este dispositivo incluyéndolo en el campo del frío industrial. 88

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1970 REFRIGERACION JOHN MALONE Evolución histórica

John Malone (1880- 1959) construyó un generador de 50 hp en 1925 con aporte calorífico por combustión de carbón que utilizaba agua como fluido de trabajo, su idea cayó en el olvido (su patente fue comprada y archivada) y no fue retomada hasta los años 70, en que John Wheatley desarrolla equipos de producción de frío basados en el ciclo de Malone. 89

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Evolución histórica

1970 Dr. James E. Lovelock (1919 - )  En 1957, Lovelock inventó el detector de captura de electrones (ECD), dispositivo capaz de detectar ínfimas cantidades de compuestos químicos en la atmósfera, tales como derivados halogenados y óxidos de nitrógeno. En 1970 realizó una campaña de detección de CFC sobre Irlanda y en 1973, con ayuda del ECD se determió la existencia de los CFC a lo largo del Atlántico, desde el Antartico al paso de Calais. Las cantidades de CFC eran importantes en zonas industrializadas. Estos descubrimientos fueron la base de las teorías de destrucción del ozono atmosférico.  En los años 70, se convirtió en uno de los “gurús” del movimiento ecologista, tras proponer que la Tierra actúa como un organismo (Gaia), que se autorregula para mantener la vida. Pero su último libro, “La venganza de la Tierra”, rompe con la ortodoxia verde al defender la estrategia nuclear frente al peligro del calentamiento global.

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1972 Compresor Scroll Evolución histórica

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Como en el caso de los compresores de tornillo, la utilización de los compresores “scroll”, en el campo de acondicionamiento de aire, es muy posterior a su invención, la cual se inicia en 1905 por Léon Creux. En 1972 el físico Niels Young retoma el concepto del Scroll, propone la idea a Arthur D. Little, en Cambridge, Machachuset, y su empresa se convierte en la primer compañía en aplicar la tecnología del Scroll a compresores de aire acondicionado, y así en 1973 se desarrolla un modelo viable. A finales de 1973 la empresa Artur D. Little, y la compañía Trane, comenzaron el desarrollo del compresor Scroll para refrigeración, llegando a usar finalmente esta tecnología en sus productos. Su desarrollo continuó, sobre todo en Japón y en Estados Unidos, comenzando a mediados de la década de los 80 su introducción en otros sectores como el de la automoción. Hitachi y Mitsui Seiki en Japón introdujeron los compresores Scroll para aire acondicionado lubricados con aceite, aunque estas unidades eran simples adaptaciones de sus compresores de refrigeración.

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Evolución histórica

1974 Acción sobre el Ozono. S. ROWLAND y M. MOLINA

En 1974 daban cuenta de los resultados de sus investigaciones sobre la acción de los CFC sobre la capa de ozono. Esta línea de investigación les valió, junto a PAUL CRUTZEN (1933-), la obtención del premio Nobel en 1995.

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Evolución histórica

1978 LAS MÁQUINAS DE ADSORCIÓN ZEOLITA-AGUA

Dimiter Tchernev fue el primero en introducir el par de trabajo zeolitaagua en sistemas cerrados de refrigeración por adsorción, fundador de la compañía Zeopower Company en 1978. En 1980, Jaques Chiral desarrolló un sistema experimental con paneles solares. La utilización de energía solar a baja temperatura parece ser la principal ventaja de estas máquinas con respecto a las de absorción.

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1985 Acción sobre el Ozono Evolución histórica

El primer investigador que comprobó loe efectos que se atribuyen a los CFC sobre el debilitamiento del ozono atmosférico fue S. Chubachi, con sus medidas durante los años 1982/83 en la base antártica japonesa de Syowa J. Farman, B, Gardiner y J. Shanklin científicos ingleses de la base Halley_Bay cuya publicación es de 1985.

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1990 Revitalizacion R744 Gustav Lorentzen Evolución histórica

En 1990 el profesor Gustav Lorentzen (19151995) patenta una aplicación del dióxido de carbono como refrigerante en instalaciones para automoción en régimen transcrítico, el interés que ha vuelto a despertar la utilización del CO2 (R-744) ha ido creciendo continuamente, lo cual queda reflejado en el número de comunicaciones presentadas en los prestigiosos congresos “Lorentzen” organizados por el Instituto Internacional del Frío. Las ideas de Lorentzen se basan en la multiplicación de presuntos efectos nocivos medioambientales debidos a los refrigerantes halocarbonados, y la falta de lógica que supone, en su opinión, su sustitución por otra familia de halocarbonos sintéticos como son los HFCs, por lo que es posible que haya llegado el momento de los fluidos refrigerantes “naturales”, ya existentes en la biosfera en cantidades significativas.

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Evolución histórica

Hidruros metálicos Ergenics, based in New Jersey, created a metal hydride 5-kW AC system powered by waste heat from simulated exhaust gases in 1992-1993. Ergenics has been awarded several patents surrounding their metal hydride cooling system. The system mass was 22 kg and the COP was 0.33. They didn’t have strong external interest, so as a company they’ve focused on development of metal hydrides for solid state hydrogen storage. Thermacore, based in Pennsylvania, constructed two prototype metal hydride heat pumps in 1997-1998 based on two Russian inventions that could significantly improve the efficiency of a hydride system. They were awarded US Patent #6,000,463 in 1999 for a “Metal Hydride Heat Pump.” Note that the following numbers are Thermacore sensitive/proprietary numbers, for distribution only within DOE. One of the prototype designs used self-propelled cycling, operated on a 55-minute period, cooled to -10°C, and saw peak cooling rates of 70 W for 3-4 minutes. The second design was manually controlled for a 5-minute cycle, dropping temperatures 6°C (from 22 to 16°C). Overall, the prototype heat pump was capable of producing an average of 3.4 W “cold” and a peak of 4.5 W using 180°C heat with an average COP of 0.1 and a peak COP of 1.5 to 2.5. Thermacore is not currently funding hydride development. Advanced Materials Corporation, a small company based in Pennsylvania, developed a prototype hydride system in 1986 for a contract for the state of Pennsylvania. Their hydride heat pump used a pump to transfer the hydrogen and provide heating and cooling using a different configuration than that described above. They put the system in the trunk of a vehicle and cooled the cabin. The system had a mass of 40 kg and achieved 350 W of cooling at 16°C. They have shown interest in putting together a prototype hydride system with NREL to operate with waste heat. Other work and modeling of hydride systems has been performed at the University of New Mexico, Albuquerque, the University of Illinois at Chicago, the University of Melbourne, Australia, and the National Academy of Sciences of Ukraine (1998-present).

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1993 Rotex or Rotartica – Absorption airconditioner. Evolución histórica

 ROTARTICA aplica los principios de la absorción pero en una unidad generadora rotativa, con distintas cámaras al vacío. En el caso del simple efecto, la unidad está rotando a 260 rpm. El efecto que se consigue con esta rotación es básicamente la mejora de los procesos de transferencia de masa y calor. Gracias a esto, se puede disminuir el tamaño y peso de la unidad generadora y la efectividad del sistema crece de manera importante respecto a aplicaciones de absorción más comunes. Otra de las ventajas es el incremento del salto térmico (tª agua caliente salida – tº agua fría de salida) con lo que se elimina la necesidad imperativa de instalar torre de refrigeración y con ello el peligro de proliferación de la bacteria legionella.

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Evolución histórica

1993 LA REFRIGERACION TERMOACUSTICA Sólo desde 1950 se contempla la posibilidad de utilizar energía acústica para producir frío, calor o incluso energía mecánica. En 1993 Steven Garrett (Universidad Pennsylvania) fué galardonado con el premio Rolex a su desarrollo de un equipo de refrigeración termoacústica que se utilizó en el "Discovery" (Enero 1992). Patente Nº US5647216 (Julio 1997). Un segundo equipo fué construido por Tom Hofler con materiales comerciales.

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1995 Enfriamiento por láser Evolución histórica

La idea de utilizar láser para el enfriamiento es del alemán Peter Pringsheim (1881 – 1963) en 1929, en base al principio de fluorescencia; cuando la luz es absorbida, excita los electrones de las moléculas, los electrones deben eliminar esta energía para volver a su estado estable. Uno de las vías de pérdida de energía es mediante la emisión de fotones de luz fluorescente. Si la energía emitida como fluorescencia excede a la a la absorbida, el material se enfría. Esta cantidad de energía “extra” se extrae de las vibraciones moleculares del material. El inventor del enfriamiento vía láser es STEVEN CHU (1948-) el cual recibió el premio Nobel de Física de 1995 junto a Claude Cohen-Tannoudji y William D. Phillips por su “Development of methods to cool and trap atoms with laser light”. En 1995 Richard Epstein y otros en el laboratorio de los Alamos construyeron un refrigerador basado en el principio de fluorescencia, el LASSOR (Los Alamos Solid - State Optical Refrigerator), este aparato tiene aplicaciones como refrigerador de cámaras infrarrojas en satélites, y no parece en la actualidad competitivo frente al sistema “standard” de compresión en aplicaciones domésticas.

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Evolución histórica

1997 Refrigeración magnética  El efecto magneto-calórico fue descubierto en 1881 por E. Warburg, mientras que la explicación del fenómeno se retrasa a 1918 con Weiss and Piccard. Los antecedentes de este método son los generadores magnetocalóricos de NIKOLA TESLA (1856-1943) en 1890 y THOMAS ALBA EDISON (1847 – 1931) en 1892.  En 1997 Karl Gschneidner y Vitalij Pecharsky con Astronautics Corporation of America construyeron un prototipo demostrativo de refrigerador magnético, Con posterioridad han investigado en nuevos materiales tales como aleaciones de gadolinium-silicongermanium. El efecto magnetocalorico en estos materiales es 10 veces mayor que en los de origen. 100

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Evolución histórica

Enfriamiento termoionico Enfriamiento termoiónico. Como en muchos casos, la base de partida se encuentra en los dispositivos generadores, y en este caso el inicio se debe a un estudio experimental de T. A. Edison en 1885, en el cual situó dos electrodos planos en el vacío, observando el paso de corriente eléctrica cuando los electrodos se mantenían a diferente temperatura. El proceso inverso de enfriamiento, es decir la obtención de al menos una temperatura baja mediante el paso de corriente no ha sido estudiado hasta que recientemente la empresa Borealis 2001 ha desarrollado componentes específicos, razón por la que también se le denomina “Refrigerador Borealis”. Aunque en principio pueden obtenerse temperaturas del orden de los -80ºC, el objetivo actual es el desarrollo de refrigeradores domésticos, para los cuales, según el fabricante, se tienen mejores COP que con máquinas de compresión.

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Evolución histórica

2003 CASCADAS CO2-NH3

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2007 Evolución histórica

October, the Nobel Committee has decided that the Nobel Peace Prize for 2007 is to be shared, in two equal parts, between the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) and Albert Arnold Gore Jr. for their efforts to build up and disseminate greater knowledge about man-made climate change, and to lay the foundations for the measures that are needed to counteract such change. 103

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Evolución histórica

METODOS DE PRODUCCION DE FRIO UTILIZACION DE FRIGORIGENO CON FLUIDO CON CAMBIO

SIN CAMBIO

ESTADO

ESTADO

Ciclo Abierto

Ciclo Cerrado

Máquina Aire

Vortex

Stirling

Compresión

Malone

Absorción

Vuillemieur

Adsorción

Tubo Puls.

Eyección

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Evolución histórica

METODOS DE PRODUCCION DE FRIO SIN UTILIZACION DE FRIGORIGENO

SIN FLUIDO

Peltier

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TERMO

TERMO

TERMO

ELECTRICO

MAGNETICO

ACUSTICO

Termoiónico

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ESTADO DEL ARTE Método Producción

Coste instalación relativo HFC’s

Eficiencia respecto HFC’s

Disponibilidad comercial

Comentarios

Tecnología mas que probada Utiliza la tecnología de los HFC Tecnología de compresión modificada

Mayor

Mejor

Si

Atención toxicidad y limites inflamabilidad

Similar

Algo mejor

Si

Problemas de seguridad

Mayor

Menor

Solo cascadas

Muy alta presión

Ciclo de aire

Conocida

Mayor

Mucho menor

AA trenes, aviones

Tubo Vortex

Conocida

Menor

Mucho menor

Aplicaciones baja potencia

Absorción

Tecnología probada

Mayor

No aplicada en instalaciones fijas No aplicada en instalaciones grandes Aprovechamiento energía residual

Adsorción

Comienzos

Mayor

Termoeléctrico

Conocida

Termoiónico

Compresión con R-717 Compresión con hidrocarburos Compresión con R-744

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Estado del arte Tecnología

COP muy inferiores Mucho menor

Existen instalaciones

Energía solar

Mayor

Muy inferior

Aplicaciones baja potencia

Limitados por materiales disponibles

Inicios

Desconocido

Sin probar

No

Magnético

Inicios

Mayor

Mayor

No

Problemas con coste de materiales

Stirling y derivados

Inicios campo refrigeración

Mayor

Mayor

No

En investigación

Termoacústico

Inicios

Mayor

Menor

No

En investigación

Vuilleumier

Inicios

Similar

Menor

No

En investigación

Malone

Inicios

Desconocido

Menor

No

En investigación

Si

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Evolución histórica

CRONOLOGIA FLUIDOS

107

AÑO

REFRIGERANTE

COMPOSICION QUIMICA

1830s

CAUCHINA

1830s

ETER SULFURICO

CH3CH2-O-CH2-CH3

1840s

ETER METILICO (R-E170)

CH3-O-CH3

1850

ACIDO SULFURICO / AGUA

H2SO4 / H2O

1856

ALCOHOL ETILICO

CH3-CH2-OH

1859

AMONIACO / AGUA

NH3 / H2O

1866

CHYMOGENE

petrol ether and naphtha (hydrocarbons)

1866

DIOXIDO DE CARBONO

CO2

1860s

AMONIACO (R-717)

NH3

1860s

METIL AMINA (R-630)

CH3(NH2)

1860s

ETIL AMINA(R-631)

CH3-CH2-(NH2)

1870

METIL FORMATO (R-611)

HCOOCH3

1875

DIOXIDO DE AZUFRE (R-764)

SO2

1878

CLORURO DE METILO (R-40)

CH3Cl

1870s

CLORUOR DE ETILO (R-160)

CH3-CH2Cl

1891

ACIDO SULFURICO MEZCLADO CON HIDROCARBUROS

H2SO4, C4H10, C5H12, (CH3)2CH-CH3

1900s

BROMURO DE ETILO (R-160B1)

CH3-CH2Br

1912

TETRACLORURO DE CARBONO

CCl4

1912

AGUA (R-718)

H2O

1920s

ISOBUTANO (R-600a)

(CH3)2CH-CH3

1920s

PROPANO (R-290)

CH3-CH2-CH3

1922

DIELENE (R-1130)

CHCl=CHCl

1923

GASOLINA

hydrocarbons

1925

TRIELENE (R-1120)

CHCl=CCl2

1926

CLORURO DE METILO (R-30)

CH2Cl2

1940s

CFC

CxFyClz

Enrique Torrella

EVOLUCIÓN FRIGORÍGENOS HITOS HISTÓRICOS Evolución histórica

PROTOCOLO MONTREAL-1987

R-12 H2 O CO2 CLORURO DE METILO SO2 AMONIACO ETER METILICO AMONIACO AIRE ETER SULF. 108

MIDGLEY-1930 LEBLANC-1908

WINDHAUSEN-1886 VINCENT-1878

PICTET-1875 BOYLE/COMPRESION-1873

TELLIER-1868

CARRE/ABSORCION-1859 GORRIE-1850

PERKINS-1834 Enrique Torrella