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1. INTRODUCCIÓN
El módulo de entrenamiento técnico
profesional es un equipo que simula un
sistema de refrigeración industrial estándar,
se origina a raíz de una minuciosa
investigación que arrojo como resultados la
utilización general de este proceso, una de
los principales objetivos es la conservación
de productos a bajas temperaturas para su
futuro consumo. Además de su aplicación en
la industria, también debemos recalcar la
implementación dentro de lo residencial, en
medios de transporte y en áreas concurridas
por la población en general.
Este proceso se verifica cuando el líquido
refrigerante pasa del estado líquido al
gaseoso este proceso es conocido como
evaporación, y que por características del
líquido produce el enfriamiento del área
circundante. La principal producción de
estos equipos se la realiza para conservación
de alimentos, sus aplicaciones son variadas
MÓDULO DE ENTRENAMIENTO TÉCNICO PROFESIONAL DE
REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL
Regalado Jorge
1
; Carlos Román
2
1
Instituto Tecnológico Universitario ISMAC Carrera de Electromecánica, Quito-Ecuador, joregalado23@hotmail.com
2
Instituto Tecnológico Universitario ISMAC Carrera de Electromecánica, Quito-Ecuador, croman@tecnologicoismac.edu.ec
Resumen: Este sistema de refrigeración profesional implementa los equipos de última tecnología
para el aprendizaje técnico y practico en el campo de refrigeración. La implementación de este
equipo es muestra de cómo son las instalaciones industriales en su forma más básica utilizando
como principal elemento el líquido refrigerante y su paso por los diferentes componentes para
lograr enfriar una cámara. El control de temperatura de esta, la automatización del mecanismo, sus
sistemas de control y su independencia como maquina son uno de los retos a seguir. El aumento
de la eficiencia y la reducción de los costos sin dejar de garantizar el proceso de enfriamiento del
módulo también forma parte de este estudio, la operabilidad básica y sencilla del equipo tiene como
objetivo hacerlo más amigable con el usuario de manera que la utilización de un personal con altos
niveles de conocimientos no sea requerida para su operación.
Palabras clave: Refrigerante, instalaciones industriales, refrigeración.
Professional technical training module for industrial refrigeration
Abstract: This professional refrigeration system implements the latest technology equipment for
technical and practical learning in the field of refrigeration. The implementation of this equipment
is a sample of how industrial facilities are in their most basic form, using the coolant as the main
element and its passage through the different components to cool a chamber. Its temperature
control, the automation of the mechanism, its control systems and its independence as a machine
are one of the challenges to follow. The increase in efficiency and the reduction of costs while
guaranteeing the cooling process of the module is also part of this study, the basic and simple
operability of the equipment has the objective of making it more user-friendly so that the use of a
staff with high levels of knowledge is not required for its operation.
Keywords: Refrigerant, industrial instalations, cooling.
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se puede encontrar sistemas de refrigeración
en el área comercial, industrial y hasta
residencial.
Ya que es un campo amplio y su aplicación
es muy importante para el bienestar general
estos sistemas deben de estar siempre a la
vanguardia y debe estar sujetos a
actualizaciones. La modernización y el
avance científico hacen que estos equipos
también se innoven y busquen siempre estar
al ritmo del progreso. La investigación de
procesos de enfriamiento, equipos,
componentes y sistemas ayudan a que
siempre estos módulos estén al ritmo del
progreso mundial.
La investigación de este proyecto se
realizará utilizando todas las citas
disponibles se optará por revisar en páginas
web, libros de estudio, revistas, diarios,
publicaciones. Todo material disponible y
que pueda estar al alcance será utilizado para
realizar la presente investigación. Los
resultados serán expuestos y escritos dentro
de esta tesis, mencionando debidamente de
donde se obtuvo la información para futuras
referencias, se ampliará la investigación con
ilustraciones, bocetos, cuadros y tablas que
estén relacionadas con el proyecto a realizar.
1.1 Refrigeración
La definición considerada por Arrégle
(2012), es la acción de retirar calor de un
cuerpo, con el objetivo de su temperatura sea
más baja que la ambiental. Proceso de
remoción de energía térmica de una
sustancia o un espacio.
1.2 Materia
Es llamado así a todo aquello que ocupa un
lugar en el espacio y es tangible a nuestros
sentidos. La materia la encontramos en tres
estados bien definidos que son: solido,
líquido y gaseoso (Diaz, 2010)
Un cuerpo se halla en estado sólido cuando
tiene una forma determinada. Un cuerpo está
en estado líquido cuando toma la forma del
recipiente que lo contiene. Un cuerpo está en
estado gaseoso cuando además de lo anterior
ocupan todo el recipiente que lo contiene y
no importa la cantidad de masa del
elemento.
Cambio de estado de la materia. La
materia puede cambiar de estado con el
aumento o disminución de temperatura.
Pasar del estado sólido al estado líquido se
necesita la suma de calor y se llama fusión,
licuefacción o descongelación. El proceso
contrario se llama solidificación o
congelación y en este calor el cuerpo es
disipado.
Pasar del estado líquido al estado gaseoso
necesita de la suma de calor y se llama
vaporación. Si pasamos del estado gaseosos
al estado líquido el proceso se llama
condensación con la consecuente pérdida de
energía del cuerpo en forma de calor.
Si pasamos del estado sólido al gaseoso y
viceversa sin pasar por el estado líquido
realizamos el proceso de sublimación.
Figura 1. Cambio estado de la materia.
1.3 Termodinámica
Termodinámica viene de las palabras
griegas therme que significa calor y dymanis
que significa fuerza. La Real Academia
Española define a la termodinámica como la
rama de la física encargada del estudio de la
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interacción entre el calor y otras
manifestaciones de energía.
Podemos decir que la termodinámica tiene
propiedades y se pueden combinar para
determinarlas condiciones de equilibrio
entre sistemas los procesos espontáneos y el
cambio de energía en su entorno. Los
principales elementos para su estudio son:
La entropia: se define como el
desorden en el que mueven las
partículas internas que forman la
matéria.
La entalpia: se define como la
cantidad de energía que un sistema
intercambia en su entorno.
Las leyes de la termodinámica:
define la forma en que la energía
puede ser intercambiada entre los
sistemas físicos.
Existen tres leyes importantes de la
termodinámica que debemos tomar en
cuenta además de un principio denominado
¨Cero¨.
Ley cero de la termodinámica. La ley cero
afirma que dos sistemas que interactúan
están en equilibrio térmico, comparten
algunas propiedades que pueden medirse
dándole un valor numérico preciso. En
consecuencia, cuando dos sistemas están en
equilibrio térmico con un tercero, están en
equilibrio entre y la propiedad compartida
es la temperatura.
Primera ley de la termodinámica. La
primera ley afirma que cuando dos cuerpos
a diferentes temperaturas están en contacto,
se produce una transferencia de calor hasta
su estado de equilibrio. En este nuevo estado
las temperaturas de los dos cuerpos son
iguales. Este es el principio de conservación
de energía, que dice que la energía no se
destruye únicamente se transforma.
Segunda ley de termodinámica. Establece
que la transferencia de energía calorífica
siempre va del cuerpo caliente al cuerpo frio.
Tercera ley de la termodinámica. La
tercera ley indica que es imposible alcanzar
el cero absoluto con un numero finito de
transformaciones y proporciona una
definición precisa de la magnitud llamada
entropía.
Adicionalmente, la tercera ley también
establece que la entropía para un sólido
perfectamente cristalino, a temperatura de 0
kelvin es igual a 0.
1.4 Ciclos termodinámicos
Se denomina ciclo termodinámico al
circuito de transformaciones
termodinámicas realizadas en uno o más
dispositivos o máquinas térmicas. El
objetivo de estas transformaciones es la
obtención de trabajo a partir de dos fuentes
de calor a distinta temperatura, o de manera
inversa, a producir mediante la aportación
de trabajo el paso de calor de la fuente de
menor temperatura a mayor temperatura.
La obtención de trabajo a partir de dos
fuentes térmicas a distinta temperatura se
emplea para producir movimiento. Por
ejemplo, el accionamiento de turbinas para
la generación de energía eléctrica.
En un ciclo termodinámico inverso busca lo
contrario al ciclo termodinámico de
obtención de trabajo. Se aporta trabajo
externo al ciclo para conseguir que la
transferencia de calor se produzca de la
fuente más fría a la más caliente, al revés de
como tendería a suceder naturalmente. Esta
disposición se emplea en las máquinas de
aire acondicionado y en refrigeración. Este
ciclo es el fundamental en nuestra
investigación.
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Tabla 1
Ciclos Termodinámicos
Nota. Ciclos termodinámicos a partir de una fuente
inicial.
Fuente: Ruta de la energía.
Existen muchos tipos de ciclos
termodinámicos. A continuación,
exponemos algunos de los ejemplos
destacados.
Ciclo de Carnot. El ciclo de Carnot es un
ciclo teórico diseñado para comparar la
eficiencia térmica de las máquinas térmicas.
Es un ciclo reversible realizado por una
"máquina de Carnot" conectada a dos
fuentes de diferente temperatura. Utiliza
como agente de trabajo un gas ideal
mediante cuyas transformaciones se obtiene
trabajo mecánico.
Figura 2. Ciclo de Carnot.
Fuente: Explicación.net
Ciclo de Rankine orgánico. El Ciclo de
Rankine orgánico es un modelo de
predicción del funcionamiento de un sistema
de turbinas de vapor. Este modelo utiliza un
fluido orgánico de alto peso molecular con
un cambio de fase de líquido a vapor o punto
de ebullición, que sucede a temperatura más
baja que el cambio de fase de agua a vapor.
Figura 3. Ciclo de Rankine Orgánico.
Fuente: UMH Grebus
Ciclo Diesel. El ciclo Diesel es uno de los
ciclos más utilizados en los motores
térmicos de los automóviles. En este tipo de
motor el movimiento se produce por la
autoignición del combustible debido a
altas temperaturas provocadas por la
compresión del combustible. Durante el
ciclo diésel se producen cuatro procesos: dos
procesos isentrópicos alternados con
un proceso isocórico y un proceso isobárico.
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Figura 4. Ciclo Diesel.
Fuente: navarrof.orgfree.com
El ciclo de Stirling. Es un ciclo
termodinámico que expresa los motores del
principio de Stirling. El ciclo de Stirling se
considera un ciclo reversible, lo que
significa que, si se agrega energía mecánica
al ciclo, actuará como una bomba de calor
para calentar o enfriar e incluso para un
enfriamiento profundo o extremo.
También es un ciclo cerrado en el que el
fluido que fluye en su interior nunca sale del
ciclo.
Figura 5. Ciclo Stirling.
Fuente: Junta de Andalucía.
2. METODOLOGÍA
2.1 Tipo de investigación
En correspondencia con los objetivos
específicos descritos, el enfoque se basará
en una investigación cuantitativa.
El enfoque cuantitativo; según Hernández,
Fernández y Baptista (2014):
el cual según es secuencial y probatorio.
Cada etapa precede a la siguiente y no
podemos brincar o eludir pasos. El orden es
riguroso, aunque se pueden redefinir fases.
Parte de una idea que va acotándose y una
vez delimitada, se derivan objetivos y
preguntas de investigación, se revisa la
literatura y se construye un marco o una
perspectiva teórica. De las preguntas se
establecen hipótesis y determinan variables;
se traza un plan para probarlas(diseño); se
miden las variables en un determinado
contexto; se analizan las mediciones
obtenidas utilizando métodos estadísticos y
se extrae una serie de conclusiones. (p.4).
En el caso de la investigación se obtendrá la
información a través del enfoque
cuantitativo, con la finalidad de conocer la
necesidad de tener módulos de
entrenamiento profesional en el área de
refrigeración, en el Instituto Tecnológico
Universitario ISMAC, para la carrera de
tecnología electromecánica.
2.2 Diseño de investigación
El estudio se basará en una investigación de
campo, los datos se obtendrán directamente
del lugar donde se desarrolla la problemática
(fuentes primarias) a estudiar. Según el
Manual de Tesis de Maestría de la
Universidad Pedagógica Experimental
Libertador (2006), una investigación de
campo es:
El análisis sistemático de problemas en la
realidad, con el propósito bien sea de
describirlos, interpretarlos, entender su
naturaleza y factores constituyentes,
explicar sus causas y efectos, o predecir su
ocurrencia, haciendo uso de métodos
característicos de cualquiera de los
paradigmas o enfoques de investigación
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conocidos o en desarrollo. Los datos de
interés son recogidos en forma directa de la
realidad; en este sentido se trata de
investigaciones a partir de datos originales o
primarios. Sin embargo, se aceptan también
estudios sobre datos censales o muestrales
no recogidos por el estudiante, siempre y
cuando se utilicen los registros originales
con los datos no agregados; o cuando se trate
de estudios que impliquen la construcción o
uso de series históricas y, en general, la
recolección y organización de datos
publicados para su análisis mediante
procedimientos estadísticos, modelos
matemáticos, econométricos o de otro tipo
(p.18).
La información se obtendrá de fuente
primarias ya que se aplicará el instrumento
de recolección de datos de forma directa sin
intermediarios a los estudiantes de primer a
cuarto semestre del Instituto Tecnológico
Universitario ISMAC, de la carrera de
Tecnología Electromecánica.
3. DESARROLLO
Para comprobar la hipótesis se recurrió a
realizar una encuesta a 70 estudiantes, con el
fin de comprobar que la implementación de
este tipo de módulo servirá para
complementar los conocimientos
adquiridos.
En tal virtud, de acuerdo a los resultados
obtenidos en la encuesta realizada, dan por
asentado que es viable la construcción de un
módulo de refrigeración que contribuya a
sus conocimientos en el marco practico y
que complemente sus estudios teóricos de
este tema, esto mejorara su capacidad de
entendimiento de los equipos industriales y
ayudara a su desarrollo como profesionales
en sus diferentes trabajos, dado por asentado
que al tener practica rendirán mejor en el
campo laboral.
4. RESULTADOS/DISCUSIÓN
4.1 Proceso de diseño y construcción
Estructura. Tubo cuadrado de acero negro
estructural, norma de fabricación NTE
INEN 2415; Calidad SAE J 403 1008, en
espesores de 1,20mm.
Figura 6. Tubo de acero negro.
Medidas:
Ancho: 1200 mm
Alto: 1870 mm
Largo: 600 mm
Materiales:
Tubo INOX 25*25*2 mm
Figura 7. Estructura general del módulo de
refrigeración.
Tipo de suelda. La construcción se realizó
con este tipo de soldadura. Esta utiliza un
tipo de gas inerte y es para proteger la
atmosfera que rodea a la soldadura de allí
sus siglas en ingles MIG (Metal Inert Gas).
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Este tipo de soldadura utiliza un hilo como
electrodo que al elevarlo a altas
temperaturas con ayuda de electricidad y al
ponerlo en contacto con el material a unir
produce una fusión de los materiales a
soldar. Este tipo de soldadura hoy en día son
muy cotizadas ya que no deja residuos ni
escorias y produce una soldadura fuerte y
resistente
Pintura Electroestática. Este tipo de
pintura utiliza un recubrimiento en polvo en
la superficie a pintar y con ayuda de la
electricidad que crea una estática entre el
material y la pintura facilitando su
adherencia, este proceso concluye con él
envió del material a un horno donde es
calentado, dentro del horno la pintura se
disuelve pintando así la o las piezas en
cuestión.
4.2 Diseño mecánico
Compresor Cubigel 3/8HP GPY14NGa.
Este tipo de compresor tiene dos funciones
principales, primero succiona el vapor
refrigerante reduciendo así la presión en el
evaporador, y la segunda es elevar la presión
lo suficiente para que la temperatura de
saturación se a superior a la del medio de
enfriamiento para proceder luego a la
condensación del refrigerante.
Figura 8. Compresor.
Condensador. Es el elemento encargado de
transferir el calor hacia el exterior, la
temperatura absorbida en las etapas de
evaporación y de compresión. al momento
de realizar este proceso el vapor refrigerante
se condensa.
Figura 9. Condensador.
Recibidor. Es un tanque que recibe
refrigerante del condensador ya sea
condensado y gaseoso, lo almacén y
contiene. Debido a su estructura sirve como
lugar de almacenamiento del refrigerante
cuando se realice algún mantenimiento al
sistema.
Figura 10. Recibidor.
Presostato KP Alta y Baja. Los presostatos
KP son utilizados para dar protección al
sistema de refrigeración frente a las altas
presiones y también mantienen al sistema
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controlado para bajas presiones
respectivamente.
Estos dispositivos controlan también el
encendido y la parada del sistema, pueden
ser conectados directamente al sistema de
arranque de motores no superior a 2KW en
nuestro caso controlan los equipos eléctricos
(relés) que son los que controlan el equipo.
Figura 11. Presostato.
Controlador digital para refrigeración y
deshielo. El controlador digital automatiza
el sistema de enfriamiento y también del
área de descongelado.
Cuando el sistema no tiene la temperatura
adecuada habilita los equipos para el trabajo
haciendo que el sistema de absorción de
calor sea el requerido, pero suele haber
condensación en el sistema produciendo una
capa de hielo he aquí donde entra el sistema
de deshielo, que es eliminado mediante la
activación de unas resistencias pequeñas que
generan calor y permiten la fisión del hielo
acumulado.
Figura 12. Controlador digital.
Filtro secador unidireccional. Los filtros
secadores de las series DTG/L se usan en
sistemas de refrigeración con flujo
unidireccional para absorber la humedad y
el ácido y filtrar las impurezas del sistema.
Estos filtros están conformados por un
bloque con desecador unificado.
Especificaciones generales.
Aplicable para todos los HCFC común,
HFC, HC, HFO refrigerantes, tales
como: R22, R134a, R404A,
R407C, R410A, R507A R290,
R1234ez
Temp. ambiente min./max.: de -30 °C
a +55 °C
TS min./max.: -30°C / +120°C
PS: 4,83 Mpa
Figura 13. Filtro secador unidireccional.
Visor del líquido.
Esta colocado luego del filtro secador, y es
exclusivamente para verificar visualmente
dos cosas, primero el paso del líquido
refrigerante por el sistema, y segundo para
saber el estado del líquido ya que podría
estar contaminado con humedad, de ser el
caso el visor presenta una coloración
particular que nos lo indica.
Existen de dos tipos de visores según su
colocación soldables y los roscables en
nuestro caso se utilizó el sistema roscable.
Como nota adicional se debe tener em
cuenta que este visor siempre debe ser
colocado la forma longitudinal.
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Especificaciones generales.
Aplicable para todos los refrigerantes
habituales HCFC y HFC, tales como:
R22, R134a, R404A, R407C, R410A,
R507A, R744, R407A/F, R1234ze,
R290
Temperatura ambiente min./max.: de -
50°C a +80°C
TS min./max.: -40°C / +80°C • PS: 4,2
Mpa
Figura 14. Visor de líquido.
Válvula de bola. Las válvulas de bola serie
SBV se usan en instalaciones comerciales de
aire acondicionado, equipos de refrigeración
o congelación y otros circuitos de
refrigeración a fin de abrir y cerrar la
trayectoria del flujo interno, actuando en la
tubería de la instalación. Se puede usar
también como válvula de servicio, para
evacuación y vacío o para inyección de
refrigerante.
Especificaciones generales:
Aplicable en todos los refrigerantes
HCFC y HFC tales como: R22, R134a,
R404A, R407C, R410A, R507A
TS min./max.: -40°C / +120°C
PS: 45 bar
Figura 15. Válvula de bola.
Válvula solenoide MDF. La válvula
solenoide es accionada directamente por el
controlador digital, controlan directamente
el paso del flujo del refrigerante en el
sistema.
Especificaciones generales.
Para uso de refrigerantes comunes
HCFC y HFC como: R22, R134a,
R407C, R404A, R410A, R507A
Temperatura Ambiente: -30°C a
+55°C
Humedad Relativa: inferior a 95 %
Figura 16. Válvula solenoide.
Válvula de expansión termostática. Las
válvulas de expansión termostática serie
RFGD se usan para ajustar la cantidad de
refrigerante que entra en el evaporador,
controlando al mismo tiempo el
recalentamiento del refrigerante a la salida
del mismo. Se pueden utilizar con varios
refrigerantes en cualquier condición de
trabajo. Aplicaciones posibles son sistemas
de congelación, fabricadores de hielo,
secaderos, así como aire acondicionado y
bombas de calor en varios rangos de
temperaturas.
Especificaciones Generales.
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Aplicable para todos los refrigerantes
HCFC y HFC habituales como: R22,
R134a, R404A, R407C, R410A, R507
Temperatura ambiente min./max.: -
35ºC/+55ºC
Figura 17. Válvula de expansión.
Evaporador. El Evaporador es el
intercambiador de calor encargado de bajar
la temperatura absorbiendo el calor del área
de trabajo. Se debe elegir el evaporador
adecuado para eliminar el calor en un
ambiente ya que también se debe tener en
cuenta que la humedad está presente,
dependiendo de que vamos a enfriar de del
área de trabajo se eligen el evaporador.
Figura 18. Evaporador
Manómetros. Estas herramientas nos
permiten tener una apreciación visual de las
presiones que se presentan en el sistema, ya
que estas pueden ser altas o bajas.
Ya que no existen las presiones atmosféricas
negativas nos centraremos en las presiones
en los PSIG que son presiones en pulgadas
de mercurio. Así en este tipo de manómetros
se pueden observar también las presiones a
vacío que se generan.
En los circuitos frigoríficos hay que
distinguir presiones altas y bajas; por lo
tanto, es necesario contar con un manómetro
con el cual se puedan medir ambas
presiones.
Manómetro azul: baja presión (de -1 a
+10 bar) 30 mmHg
Manómetro rojo: alta presión (0 a 35
bar)
Figura 19. Manómetros.
4.5 Vacío de sistema
Una vez construido todo el sistema se
procede a realizar una prueba a vacío, el
mismo tiene como objetivo extraer del
sistema los gases no condensables y la
humedad.
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Figura 20. Vacío del sistema.
4.6 Plano eléctrico de control y fuerza
Diseño eléctrico.
Figura 21. Conexión eléctrica general.
Funcionamiento.
Nuestro sistema tiene dos dispositivos para
el arranque el primero que es el del
compresor, evaporador, condensador y el
segundo es el de la válvula solenoide.
El equipo empieza su funcionamiento
primero verificando la temperatura del
ambiente a enfriar mediante un bulbo que
determina la temperatura del ambiente, esto
es recibido por el controlador digital que
activa la del compresor. Previamente debe
de ser activado la válvula solenoide para que
permita el flujo del refrigerante en el
sistema, una vez arrancado el compresor el
gas es transportado hacia el condensador
donde se expulsa el calor hacia el exterior
mediante un ventilador, aquí se produce el
proceso de condensación, pasa el recibidor.
De aquí se deriva a él presostato de alta, al
manómetro de alta y a la válvula de bola, si
las condiciones de presión son las adecuadas
el líquido refrigerante pasa por la válvula
solenoide, por el secador y por el visor para
liego llegar a la válvula de expansión
termostática.
Esta válvula permite la atomización del
refrigerante de forma que el mismo se
gasifica y pasa por el evaporador. Este se
encuentra en el área a enfriar y realiza la
absorción del calor del área, este gas con
menor presión se dirige a otra ramificación
den de encontramos en manómetro y el
termostato de baja. Procediendo a terminar
el ciclo con la entrada del gas al compresor
nuevamente.
5. CONCLUSIONES
Los conocimientos previos y el estudio
minucioso, la aplicación y manejo de
programas como el SolidWorks y AutoCAD
fueron importantes y de mucha ayuda para
la realización del diseño del Módulo de
Refrigeración. Este módulo ayudara a los
estudiantes a su desarrollo practico y para
aumentar su conocimiento técnico.
El equipo es incorporado al Instituto como
módulo de refuerzo no solo como un sistema
en conjunto sino también como un equipo
que presenta componente que pueden ser
estudiados independientemente, o pueden
ser incorporados en otros sistemas,
aumentando así las fronteras de las
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aplicaciones. Aunque el Modulo de
Refrigeración para el Instituto Tecnológico
ISMAC ayudará a entender los procesos de
la termodinámica, la automatización y la
transferencia de calor, también impartirá
conocimientos predios de lo que es
proyectado en la industria.
REFERENCIAS
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construcción de un módulo
didáctico de refrigeración en la
Escuela Politécnica Nacional
[Tesis en línea]. Escuela Politécnica
Nacional en Quito - Ecuador.
Consultada el 24 de julio de 2022 en:
http://bibdigital.epn.edu.ec/handle/
15000/1091
Arrégle, J. (2012). Procesos y tecnologías
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Valencia, España: Universidad
politécnica de Valencia.
Daniel Maciel Separadores de aceite y ciclo
de refrigeración parte 1
funcionamiento y selección
INTENSITY (12-22-2016)
Multinacional
https://intensity.mx/es/blog/separad
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