República Bolivariana de VenezuelaMinisterio de Educación Superior

Universidad Fermín ToroCabudare- Edo Lara

Departamento de Ingeniería Mecánica

Integrantes: Cristian Escalona

C.I: 17.100.986Profesor:

Ing. Daniel D.Aula: Saia AAsignatura:

Refrigeración y A/A

Barquisimeto mayo del 2015.

Investigación

Refrigeración por

Compresión de vapor

Método por absorción de amoniaco

Refrigeración por compresión de vapor:

Es un método de refrigeración que consiste en forzar mecánicamente

la circulación de un refrigerante en un circuito cerrado creando zonas de alta

y baja presión con el propósito de que el fluido absorba calor en el

evaporador y lo ceda en el condensador.

Proceso:

 El ciclo de Carnot invertido no es práctico para comparar el ciclo real

de refrigeración. Sin embargo es conveniente que se pudieran aproximar los

procesos de suministro y disipación de calor a temperatura constante para

alcanzar el mayor valor posible del coeficiente de rendimiento. Esto se logra

al operar una máquina frigorífica con un ciclo de compresión de vapor. En la

Figura 3.15 se muestra el esquema del equipo para tal ciclo, junto con

diagramas Ts y Ph del ciclo ideal. El vapor saturado en el estado 1 se

comprime isoentrópicamente a vapor sobrecalentado en el estado 2. El vapor

refrigerante entra a un condensador, de donde se extrae calor a presión

constante hasta que el fluido se convierte en líquido saturado en el estado 3.

Para que el fluido regrese a presión mas baja, se expande adiabáticamente

en una válvula o un tubo capilar hasta el estado 4. El proceso 3-4 es una

estrangulación y h3=h4. En el estado 4, el refrigerante es una mezcla húmeda

de baja calidad. Finalmente, pasa por el evaporador a presión constante. De

la fuente de baja temperatura entra calor al evaporador, convirtiendo el fluido

en vapor saturado y se completa el ciclo. Observe que todo el proceso 4-1 y

una gran parte del proceso 2-3 ocurren a

temperatura constante.          

Fig. 3.15. Esquema de la maquinaria y los diagramas Ts y  Ph de un ciclo de

refrigeración por compresión de vapor.

A diferencia de muchos otros ciclos ideales, el ciclo de compresión de

vapor que se presentó en la Figura 3.15, contiene un proceso irreversible que

es el proceso de estrangulación. Se supone que todas las demás partes del

ciclo son reversibles.

La capacidad de los sistemas de refrigeración se expresa con base a las

toneladas de refrigeración que proporciona la unidad al operarla en las

condiciones de diseño. Una tonelada de refrigeración se define como la

rapidez de extracción de calor de la región fría ( o la rapidez de absorción de

calor por el fluido que pasa por el evaporador ) de 211 kJ/min o 200 Btu/min.

Otra cantidad frecuentemente citada para una máquina frigorífica es el flujo

volumétrico de refrigerante a la entrada del compresor, que es el

desplazamiento efectivo del compresor.

El coeficiente de rendimiento de un refrigerador se expresa como

         

El coeficiente de rendimiento de una bomba de calor se expresa como

         

PROCESO DE COMPRESIÓN REAL

        El proceso de compresión real incluirá efectos friccionantes los cuales

incrementan la entropía y la transferencia de calor, lo cual puede aumentar o

disminuir la entropía. En un ciclo real puede ocurrir que el refrigerante se

sobrecaliente un poco en la entrada del compresor y se suben ría en la salida

del condensador. Además el compresor no es isoentrópioco. Esto se observa

en la Figura 3.16.

Fig. 3.16. Diagrama T-s para un ciclo de

refrigeración por compresión de vapor con

eficiencia adiabática en el compresor.

                                          

La eficiencia adiabática del compresor viene dada por

SISTEMAS POR COMPRESION DE VAPOR EN CASCADA Y DE ETAPAS

MÚLTIPLES

        Es necesario examinar dos variaciones del ciclo de refrigeración básico

por compresión de vapor. La primera es el ciclo en cascada, que permite

usar un ciclo por compresión de un vapor cuando la diferencia de

temperatura entre el evaporador y el condensador es muy grande. En la

segunda variación se emplea el uso de compresión en etapas múltiples con

enfriamiento intermedio, la cual reduce la entrada necesaria de trabajo.

- Método de Refrigeración por absorción: Es un medio de

producir frío que, al igual que en el sistema de refrigeración por

compresión, aprovecha que las sustancias absorben calor al cambiar

de estado, de líquido a gaseoso. Así como en el sistema de

compresión el ciclo se hace mediante un compresor, en el caso de la

absorción, el ciclo se basa físicamente en la capacidad que tienen

algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra

sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es

emplear el agua como substancia absorbente (disolvente) y

amoníaco como substancia absorbida (soluto).

Funcionamiento:

El ciclo más comúnmente empleado es el de agua-bromuro de litio por

tener mayor eficiencia.2 Se emplea el bromuro de litio porque tiene gran

capacidad de absorber agua y porque puede dehidratarse mediante el calor.

Bajando a los detalles de este ciclo, el agua (refrigerante), que se mueve por

un circuito a baja presión, se evapora en un intercambiador de calor,

llamado evaporador. La evaporación necesita calor, que obtiene en

un intercambiador en el que refrigera un fluido secundario (normalmente,

también agua), que se lleva por una red de tuberías a enfriar los ambientes o

cámaras que interese. Tras el evaporador, el bromuro de litio absorbe el

vapor de agua en el absorbedor, produciendo una solución diluida o débil de

bromuro en agua. Esta solución pasa al generador, donde se

separan disolvente y soluto mediante calor procedente de una fuente

externa; el agua va al condensador, que es otro intercambiador donde cede

la mayor parte del calor recibido en el generador, y desde allí pasa de nuevo

al evaporador, a través de la válvula de expansión; el bromuro, ahora como

solución concentrada en agua, vuelve al absorbedor para reiniciar el ciclo.

Aunque no aparece en la figura, también se suele utilizar

un intercambiador de calor, poniendo en contacto, sin mezcla, los conductos

absorbedor-generador y generador-absorbedor, para precalentar la solución

de agua-bromuro de litio, antes de pasar al calentador (generador), mientras

que, a su vez, la solución concentrada de bromuro de litio se enfría cuando

va hacia el absorbedor, ya que la absorción se realiza mejor a baja

temperatura. De hecho (ver párrafo siguiente) en el absorbedor debe haber

un intercambiador para enfriarlo con la torre de enfriamiento.

Al igual que en el ciclo de compresión, el sistema requiere una torre de

enfriamiento para disipar el calor sobrante (suma del aportado por la fuente

externa y el extraído de los locales o espacios refrigerados). El fluido calor

portador que va a la torre discurrirá sucesivamente por dos intercambiadores

situados en el absorbedor y en el condensador.

Como se puede ver en el esquema, los únicos elementos mecánicos

existentes en el ciclo son una bomba que lleva la solución concentrada

al generador y otra, no representada, para llevar el calor portador a la torre

de enfriamiento. El ciclo amoniaco-agua es en todo semejante, salvo que en

este caso el refrigerante es el amoniaco y el absorbente es el agua. Se

utiliza, aunque tiene menor eficiencia energética, porque tiene la ventaja de

poder conseguir temperaturas inferiores a 0 ºC, es decir, en aparatos para

congelar, como frigoríficos.

CUADRO COMPARATIVO

COMPARACIONES

REFRIGERACION POR COMPRESION DE

VAPOR

REFRIGERACION

POR ABSORCION

VENTAJAS

Las máquinas de compresión, al estar muy estudiadas y comercializadas, obtienen unos valores de COP muy elevados, entre 2 y 4, por lo que producen entre 2 y 4 veces más energía frigorífica que la energía eléctrica (o mecánica) que consumen. Esto hace que las máquinas de compresión resulten muy competitivas y económicas.

El rendimiento es menor que en el método por compresión (0,8 frente a 5,5 ), sin embargo en algunos casos compensa el que la energía proveniente de una fuente calorífica sea más económica, incluso residual o un subproducto destinado a desecharse. También hay que tener en cuenta que el sistema de compresión, utiliza normalmente la energía eléctrica, y cuando ésta llega a la toma de corriente lo hace con un rendimiento inferior al 25% sobre la energía primaria utilizada para generarla, lo que reduce mucho las diferencias de rendimiento.

DESVENTAJAS

Las instalaciones de producción de frío por compresión de vapor suponen un alto porcentaje de consumo energético, y pueden suponer un alto impacto económico y medioambiental. Por un lado, el efecto invernadero indirecto asociado al origen de la energía utilizada, y por otro, el efecto directo asociado a las fugas de refrigerante cuando se utilizan refrigerantes con un elevado potencial de calentamiento mundial.

- Es muy Ruidosa- Tiene mucho desgaste a la hora de realizar

mantenimiento.- Los aparatos son más voluminosos y requieren

inmovilidad (lo que no permite su utilización en automóviles, lo que sería muy conveniente como ahorro de energía puesto que el motor tiene grandes excedentes de energía térmica, disipada en el radiador).

CARACTERISTICAS - Trabaja con el Ciclo de Carnot

- Mejora la eficiencia energética

- El refrigerante no es comprimido

mecánicamente.

- Se usa cuando una fuente de calor residual o

barata.

- Sistemas de refrigeración de aire

APLICACIONES - Industriales acondicionado.

DIFERENCIAS

Un ciclo real de refrigeración por compresión de vapor difiere de uno ideal de varias maneras, debido principalmente a las irreversibilidades que suceden en varios componentes. Dos fuentes comunes de irreversibilidades son la fricción del fluido (que provoca caídas de presión) y la transferencia de calor hacia o desde los alrededores.

En el caso de los ciclos de absorción se basan físicamente en la capacidad de absorber calor que tienen algunas sustancias, tales como el agua y algunas sales como el bromuro de litio, al disolver, en fase líquida, vapores de otras sustancias tales como el amoniaco y el agua, respectivamente.

NIVELES DE

TEMPERATURA

- Temperaturas bajas. - Temperaturas de 100 a 200 °C

COSTOS - Es mas costosa - Mas económica