(ciclo refrigeracion)

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DECIMOQUINTA Y DECIMOQUINTA Y DECIMOSEXTA SEMANA DECIMOSEXTA SEMANA CONTENIDO 1. Introducción Ciclos de Refrigeración 2.1 2.1 Ciclos de Refrigeración Ideales Ciclos de Refrigeración Ideales (Reversibles): (Reversibles): 1. Ciclo Invertido de Carnot 1. Ciclo Invertido de Carnot 2. Ciclo de Refrigeración por Comprensión 2. Ciclo de Refrigeración por Comprensión de de Vapor Vapor 2.2 Ciclos Reales de Refrigeración 2.2 Ciclos Reales de Refrigeración (Irreversibles): (Irreversibles): 3. Ciclos Reales de refrigeración por 3. Ciclos Reales de refrigeración por comprensión comprensión de Vapor de Vapor 3. Refrigerantes 3. Refrigerantes

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DECIMOQUINTA Y DECIMOQUINTA Y DECIMOSEXTA SEMANADECIMOSEXTA SEMANA

CONTENIDO

1. Introducción

Ciclos de Refrigeración

2.1 2.1 Ciclos de Refrigeración Ideales (Reversibles): Ciclos de Refrigeración Ideales (Reversibles):

1. Ciclo Invertido de Carnot 1. Ciclo Invertido de Carnot 2. Ciclo de Refrigeración por Comprensión de 2. Ciclo de Refrigeración por Comprensión de

Vapor Vapor

2.2 Ciclos Reales de Refrigeración (Irreversibles):2.2 Ciclos Reales de Refrigeración (Irreversibles):

3. Ciclos Reales de refrigeración por comprensión 3. Ciclos Reales de refrigeración por comprensión de Vapor de Vapor

3. Refrigerantes3. Refrigerantes

1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN

3.3.

2. CICLOS DE REFRIGERACION2. CICLOS DE REFRIGERACION

Dos ciclos termodinámicos básicos de vapor:Dos ciclos termodinámicos básicos de vapor:

2.1 2.1 Ciclos de Refrigeración Ideales (Reversibles):Ciclos de Refrigeración Ideales (Reversibles):

1. 1. Ciclo Invertido de Carnot Ciclo Invertido de Carnot 2.2. Ciclo de Refrigeración por Comprensión de VaporCiclo de Refrigeración por Comprensión de Vapor

2.2 Ciclos Reales de Refrigeración:2.2 Ciclos Reales de Refrigeración:

3.3. Ciclos Reales de refrigeración por comprensión de Ciclos Reales de refrigeración por comprensión de Vapor. Ciclos con IrreversibilidadesVapor. Ciclos con Irreversibilidades

1. CICLO INVERTIDO DE CARNOT O CICLO DE 1. CICLO INVERTIDO DE CARNOT O CICLO DE REFRIGERACIÓN DE CARNOTREFRIGERACIÓN DE CARNOT

Proceso 1-2 Vaporización parcial (Evaporador), el refrigerante absorbe

calor isotérmicamente de una fuente de baja temperatura a TL

en la cantidad de QL

Proceso 2 -3 Compresión isentrópica (Compresor), el refrigerante se

comprime isotérmicamente hasta el estado 3, la temperatura

aumenta hasta TH

Proceso 3 -4 Condensación (Condensador), rechazo de calor

isotérmicamente en un sumidero de alta temperatura

(TH) en la cantidad de QH. y el refrigerante cambia de

estado de vapor saturado a líquido saturado

Proceso 4 -1 Expansión isentrópica (Turbina), hasta el estado 1, la

temperatura desciende hasta TL

Esquema de un refrigerador de Carnot y diagrama T-s

4 3

1 2

Refrigerante

Wturbo

•Wcomp

3

2

4

1

bajatempTaltatempT

eperformancdeecoeficientCOPTT

TCOP

W

QCOP

LH

LH

LCarnot

neto

abs

.,.

,

entW

ObservacionesObservaciones

1) Se obtiene invirtiendo el ciclo de Carnot de potencia con vapor.

2) Opera entre un ambiente frío a TL y otro a temperatura caliente a TH.

3) El ciclo lo ejecuta una sustancia llamada Refrigerante que circula con flujo estacionario a través de los equipos termodinámicos.

4) Todos los procesos son internamente reversibles y no existe irreversibilidades externas debido a que la transferencia de calor entre el refrigerante y los ambientes ocurren sin diferencia de temperatura.

Limitaciones prácticas:

Los procesos 2- 3 y 4– 1 no pueden manejarse en la práctica,

debido a que los procesos 2- 3 incluye la compresión de una mezcla

liquido–vapor que requiere un compresor (expansor) especial que

maneje las dos fases. El costo del expansor resulta innecesario

debido que el trabajo producido por la turbina es pequeño

comparado con el trabajo consumido por el compresor.

Los procesos 4 – 1 implican la expansión de un refrigerante con alto

contenido de humedad.

Observación: El COP se mejora a medida que se disminuye la

diferencia entre las temperaturas alta y baja. La temperatura alta no

puede ser más baja que la temperatura ambiental.

2. EL CICLO IDEAL DE REFRIGERACIÓN 2. EL CICLO IDEAL DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPORPOR COMPRESIÓN DE VAPOR

Los problemas asociados con el ciclo invertido de Carnot se

eliminan al evaporar el refrigerante por completo antes de

que se comprima y al sustituir la turbina con un dispositivo

de estrangulamiento (válvula de expansión o un tubo

capilar) h3 = h4

Esquema y diagrama T-s para el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor.

4312

411,4 .: hhctehVálvulahhhh

W

Q

W

QCOP

Compneto

absR

1-2 Compresión isentrópica (compresor) El refrigerante entra

al compresor en estado 1 como vapor saturado y se comprime

isentrópicamente hasta la presión del condensador.

2 -3 Rechazo de calor a presión constante (condensador). El

refrigerante entra al Condensador, como vapor sobrecalentado en el

estado 2 y sale como liquido saturado en el estado 3, como

resultado del rechazo de calor hacia los alrededores. La

temperatura del refrigerante será mayor que la temperatura

ambiente.

3 -4 Estrangulamiento (válvula de expansión o tubo capilar).

El refrigerante líquido-saturado en el estado 3 se estrangula hasta la

presión del evaporador. La temperatura del refrigerante desciende e

ingresa al evaporador en el estado 4

PROCESOSPROCESOS

4-1 Absorción de calor a presión constante (evaporador). El

refrigerante ingresa al evaporador en el estado 4 como una

mezcla saturada de baja calidad y se evapora por completo

absorbiendo calor del espacio refrigerado. El refrigerante sale

del evaporador como vapor saturado y vuelve a entrar al

compresor, con lo cual completa el ciclo.

Observación:

No se calcula el rendimiento de un ciclo de refrigeración, ya que ese rendimiento no tiene interés. Lo que si tiene interés es el cociente entre la energía que se obtiene y la energía que se suministra. El COP es hasta 5 para bombas de calor y hasta 4 para máquinas frigoríficas.

En un refrigerador doméstico los tubos en el

compartimiento del congelador donde el calor es

absorbido por el refrigerante, sirven como el evaporador.

Los serpentines detrás del refrigerador, donde el calor se

disipa en el aire de la cocina sirven como el condensador.

Un refrigerador doméstico común

3. CICLOS REALES DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR, CICLOS CON

IRREVERSIBILIDADES

En la actualidad existe una gran cantidad de dispositivos que funcionan con el ciclo de compresión de vapor. Casi todos los refrigeradores, congeladores, acondicionadores de aire y bombas de calor, usan sistemas que aplican unidades por compresión de

vapor.

Esquema y diagrama T- s para el ciclo real de Esquema y diagrama T- s para el ciclo real de refrigeración por compresión de vaporrefrigeración por compresión de vapor

Proceso Proceso

Irrevers.Irrevers.

V.S ó V.S ó V.S.CV.S.C

sKJKWTRiónrefrigeracdetonelada

compresordel

mecánicaadiabáticaeficiencia

xhh

hh

realW

idealW

C

C

C

C

/516,3)(1

)(

%10012

12'