Divulgación Transferencia de calor en refrigerador

[ignorante]

Hola a todos. Una dudita: considerando el funcionamiento de un refrigerador (frigorífico, heladera, etc.), ¿hay algún momento en el que un sistema le transfiera calor a otro de más alta temperatura? (quiero decir, que se transfiera calor desde un sistema de baja temperatura hacia otro de alta temperatura). Gracias por sus respuestas.

[Zorak]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

No, los sistemas siempre tienden al equilibrio, y para que esto suceda el calor lo tiene que ceder la parte que tenga mas energía para que se equiparen los dos sistemas hasta el equilibrio. Esto lo podes ver en la llamada ley cero de la termodinámica....

[ignorante]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

No, los sistemas siempre tienden al equilibrio, y para que esto suceda el calor lo tiene que ceder la parte que tenga mas energía para que se equiparen los dos sistemas hasta el equilibrio. Esto lo podes ver en la llamada ley cero de la termodinámica....

Pero entonces, ¿cómo ocurre que la temperatura del interior del refrigerador disminuye, en tanto que la temperatura del exterior aumenta? ¿Esto no implica que se transfiere calor del interior, a baja temperatura, hacia el exterior, a mayor temperatura?

[Zorak]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

Si, en el caso de los refrigeradores se transfiere de una fuente fría a una caliente,pero esto se hace a costa de un trabajo externo.

[ignorante]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

Si, en el caso de los refrigeradores se transfiere de una fuente fría a una caliente,pero esto se hace a costa de un trabajo externo.

¿Entonces en el refrigerador sí hay transferencia de calor de un sistema a baja temperatura a otro de alta temperatura? ¿Significa que en este caso no se cumple la ley cero de la termodinámica?

[pod]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

¿Entonces en el refrigerador sí hay transferencia de calor de un sistema a baja temperatura a otro de alta temperatura? ¿Significa que en este caso no se cumple la ley cero de la termodinámica?

El principio cero dice (traducido de la wikipedia en inglés): "si dos sistemas están, cada uno, en equilibrio térmico con un tercero; entonces también están en equilibrio térmico entre si". No veo por ningún lado en que la situación de un refrigerador viole este principio.

Yo creo más bien que te refieres al segundo principio. Tiene diversos enunciados, pero el más conocido (de nuevo, el primero que pone la wiki): "el calor no puede fluir espontáneamente de una localización fría a una más caliente". La clave es la palabra "espontáneamente". Un refrigerador consume energía para hacer lo que hace, no es algo espontáneo ni mucho menos. No se viola ningún principio.

Es más, por culpa del segundo principio el refrigerador debe consumir mucha más energía que la que consigue transferir del foco frío al caliente. En cambio, si apagas el refrigerador, el calor fluye en la dirección normal (del ambiente caliente al interior frío) sin necesidad de consumir más energía que la transferida. Porque ese sí es un proceso espontáneo.

[Julián]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

El gas de la heladera, refrigerador, etc, circula por la serpentina, a presión, volumen y cantidad de sustancia constante (estos 2 últimos son evidentes y en donde la presión constante la produce el motocompresor). En la sección donde la serpentina está en contacto con la superficie de la heladera, el volumen de esta aumenta y según el teorema de los gases aumenta la temperatura (tomando la temperatura del medio).

https://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_los_gases_ideales

El consumo energético está en mantener la presión constante ya que el cambio de temperatura en un volumen reducido produce una presión contraria. Luego la serpentina disminuye su volumen en la sección exterior de la heladera y por lo tanto entrega calor al medio.
Entonces podrías observar que entrega el mismo calor que sacó de adentro y porguntar esto. Pues si, solamente que hay que sumarle el calor que genera el compresor al funcionar y desde un punto de vista energético es la suma de la energía mecánia que se transformó en el movimiento del gas+las pérdidas en calor del motor. Y sí que calientan mucho los motores

[ignorante]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

El gas de la heladera, refrigerador, etc, circula por la serpentina, a presión, volumen y cantidad de sustancia constante (estos 2 últimos son evidentes y en donde la presión constante la produce el motocompresor). En la sección donde la serpentina está en contacto con la superficie de la heladera, el volumen de esta aumenta y según el teorema de los gases aumenta la temperatura (tomando la temperatura del medio).

A ver, si entiendo bien, el cambio de volumen del serpentín (y del gas que contiene) provoca el enfriamiento al interior de la heladera. Consideremos V1, T1 y P1 los parámetros antes del cambio de volumen, y V2, T2 y P2 los parámetros después del cambio de volumen. Al interior de la heladera el volumen del gas del serpentín aumenta: V2>V1, mientras la presión se mantiene constante P1=P2 (por el motor); lo que no veo claro es lo que ocurre con la temperatura; como dices, la temperatura del gas del serpentín aumenta: T2>T1 (por el aumento de volumen); pero entonces, yo creo que debería transferirse calor desde el serpentín hacia la heladera y calentarla, no enfriarla. ¿Dónde está mi error?

[Julián]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

A ver, si entiendo bien, el cambio de volumen del serpentín (y del gas que contiene) provoca el enfriamiento al interior de la heladera

Si se mantiene constante la presión sí.

P V = n R T

Si $\Delta V > 0$ y si $P$ y $n$ son constantes, eso implica que $\Delta T >0$ y si aumenta tiene que tomar calor de algún lado y ese lado es el exterior. Luego se da el proceso contrario en la parte de afuera de la heladera para sacar el calor.

[skynet]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

julian, en los refrigeradores reales no se usa gases ideales, se usa fluidos refrigerantes y se utiliza el calor que el fluido absorve o desprende con el cambio de estado liquido-vapor y vapor-liquido

se usa un compresor para que en el condensador (parte caliente) la presion sea alta con lo que la temperatura correspondiente al punto de evullicion es alta y como consecuencia el vapor condensa, desprendiendo calor.

en cambio en el evaporador (parte fria) la presion es muy baja con lo que la temperatura del punto de evullicion es muy baja y como consecuencia el liquido se evapora, absorviendo calor.

[Richard R Richard]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

Si mal no recuerdo el ciclo de la refrigeración se hace de este modo...

todo vapor de fluido refrigerante condensa o evapora a una temperatura y presión constante, variando logicamente su volumen, es común usar en la práctica uno llamado freón como fluido de refrigeración.


Un motor eléctrico impulsa un compresor , este comprime el fluido, el que siguiendo un ley parecida a la de los gases ideales, pero aplicable a los gases reales, ante un aumento de presión registra un aumento de temperatura en el seno del fluido,
luego desde el compresor es impulsado a circular a presión constante por un intercambiador de calor por la parte exterior del la heladera o freezer, como el fluido esta a mayor temperatura que el ambiente, le cede calor enfriandose y al hacerlo condensa,
posteriormente el líquido a presión pasa por una válvula reductora de presión, haciendo el proceso inverso al disminuir su presión se enfría y sigue su viaje por otro serpentín en el interior del refrigerador, allí nuevamente a presión constante trata de volver al equilibrio térmico, pero es ahora el ambiente del recinto el que esta a mayor temperatura y le cede su calor, evaporando al fluido nuevamente. El aire circundante al serpentín se enfria por contacto y convección circulando por el interior del refrigerador disminuyendo la temperatura de todo lo que se pone en el interior del refrigerador, a la vez el fluido evaporado ya esta en condiciones de ingresar nuevamente al compresor y empezar un nuevo ciclo.

De ninguna manera el flujo de calor va de una fuente de menor temperatura a una de mayor temperatura sin que se realice sobre el sistema un aporte de trabajo termico, es decir no se puede violar ninguno de
los principios de la termodinámica.

Principio 0 de la termodinámica https://es.wikipedia.org/wiki/Princi...odin%C3%A1mica
Primer principio de la termodinámica https://es.wikipedia.org/wiki/Primer...odin%C3%A1mica
Segundo principio de la termodinámica https://es.wikipedia.org/wiki/Segund...odin%C3%A1mica

[Penrose]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

¿Los CFC está incluidos en el freón,no ?

es común usar en la pr{actica uno llamado freon como fluido de refrigeración.

[Richard R Richard]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

¿Los CFC está incluidos en el freón,no ?

Si claro, Freon es una denominación comercial, e incluye a los clorofluorcarbonados CFC que dañan la capa de Ozono, pero la mayoría de los gobiernos han obligado a reemplazar el mas ampliamente usado el R12 por tetrafluoeteano R134a

hay otros CFC que fueron usados ampliamente (puedes consultar la misma pagina de freón) pero claro sigue la búsqueda de las mejores propiedades termodinámicas,(Mayor calor de vaporización), la mejor estabilidad química ante los ciclos (que no se degrade con el tiempo), el coste, la toxicidad y la inflamabilidad, todo un desafío de ingeniería para un negocio muy lucrativo de electrodomésticos que nos revoluciono los hábitos alimentarios, la calidad de vida en regiones cálidas,impulso cambio los conceptos de ergonomía y el confort hacia otras industrias como la automotriz.

Fuente adicional https://en.wikipedia.org/wiki/Refrig..._refrigerators

[ignorante]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

posteriormente el líquido a presión pasa por una válvula reductora de presión, haciendo el proceso inverso al disminuir su presión se enfría y sigue su viaje por otro serpentín en el interior del refrigerador, allí nuevamente a presión constante trata de volver al equilibrio térmico, pero es ahora el ambiente del recinto el que esta a mayor temperatura y le cede su calor, evaporando al fluido nuevamente. El aire circundante al serpentín se enfria por contacto y convección circulando por el interior del refrigerador disminuyendo la temperatura de todo lo que se pone en el interior del refrigerador, a la vez el fluido evaporado ya esta en condiciones de ingresar nuevamente al compresor y empezar un nuevo ciclo.

Este es el punto donde tengo duda: si entiendo bien lo que explicas, en ningún momento de esta etapa se transfiere calor de un sistema de baja temperatura a otro de alta temperatura. Por el contrario, me parece que la transferencia de calor es normal, es decir, de un sistema de alta temperatura (el aire de la heladera) hacia un sistema de baja temperatura (el fluido que se evapora dentro del serpentín). Lo que quiero destacar es que en ningún momento veo transferencia de calor “forzada” (“inversa”) durante el funcionamiento del refrigerador (como a veces se afirma). ¿Esto que he dicho es correcto o equivocado?

[Richard R Richard]

Re: Transferencia de calor en refrigerador

Lo que quiero destacar es que en ningún momento veo transferencia de calor “forzada” (“inversa”) durante el funcionamiento del refrigerador (como a veces se afirma). ¿Esto que he dicho es correcto o equivocado?

Es correcto, no se puede forzar al calor a fluir espontaneamente de una fuente fria (menor temperatura)a una caliente (de mayor temperatura) dejando mas fria la fria y haciendo mas caliente la caliente, esto contradice los principios de la termodinámica.