Ciclos De Refrigeracion Por Comprension De Vapor

TEMA 2

CICLOS DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR

Aspectos fundamentales de los ciclos de refrigeración. Ciclo de Carnot inverso.

Ciclo de refrigeración por compresión de vapor. Ciclo real de refrigeración por compresión de vapor. Sistema de refrigeración en cascada.

Sistema de refrigeración por compresión en múltiples etapas. Selección del refrigerante adecuado.

Sistema de refrigeración por absorción de amoniaco.

CICLOS DE REFRIGERACIÓN

Una de las principales áreas de aplicación de la termodinámica es la refrigeración, que es la transferencia de calor de una región de temperatura inferior hacia una temperatura superior. Los dispositivos que producen la refrigeración se llaman refrigeradores, y los ciclos en lo que operan se denominan ciclos de refrigeración por compresión de vapor, donde el refrigerante se evapora y condensa alternadamente, para luego comprimirse en la fase de vapor. Otros ciclos de refrigeración conocidos son los ciclos de refrigeración de gas en la que el refrigerante permanece todo el tiempo en fase gaseosa y el de absorción de amoniaco donde existe mezcla de amoniaco y agua en algunos procesos en el ciclo.

OBJETIVO DIDÁCTICO:

Analizar el comportamiento de los ciclos termodinámicos de sistemas de refrigeración por compresión de vapor y absorción de amoniaco.

Objetivos Específicos:

• Describir los diferentes dispositivos termodinámicos que componen a los ciclos de refrigeración.

• Estudiar los ciclos de refrigeración por compresión de vapor simple y sus modificaciones.

• Definir las principales diferencias entre los ciclos reales e ideales y las causas que las provocan.

• Estudiar el ciclo de refrigeración por absorción de amoniaco.

TEMA Nº 2

CICLOS DE REFRIGERACIÓN

ASPECTOS FUNDAMENTALES DE LOS CICLOS DE REFRIGERACIÓN

De la práctica cotidiana el calor fluye desde una zona de alta temperatura a una de baja temperatura sin necesidad de algún dispositivo. El proceso inverso no sucede por si solo (principio de la segunda ley de la termodinámica), para lograr transferir calor desde una zona de baja temperatura a una de alta sin violar la segunda ley requiere de dispositivos especiales conocidos como refrigeradores.

Los refrigeradores son dispositivos cíclicos y los fluidos de trabajo empleados en los ciclos de refrigeración se llaman refrigerantes. En la figura 2-A, se muestra de manera esquemática un refrigerador. En este caso QSum es la magnitud del calor extraído del espacio refrigerado a la temperatura Tsum, Qced es la magnitud del calor liberado hacia el espacio caliente a la temperatura Tced y Wneto, es la entrada neta de trabajo al refrigerador. Como se analizó, Qsum y Qced representan magnitudes, y por ello son cantidades positivas.

Otro dispositivo que transfiere calor de un medio de baja temperatura a uno de alta es la bomba de calor. Los refrigeradores y las bombas de calor son esencialmente lo mismo, solo difieren en los objetivos como lo describe la figura 2-A y 2-B.

El desempeño de los refrigeradores y de las bombas de calor se expresa en los términos de coeficiente de operación (COP), el cual se define como:

COP

Salida deseada Efecto de enfriamiento 

Q&sum

(2.1)

R W&

Entrada requerida

Entrada de trabajo

neto , entra

COP

Salida deseada Efecto de calentamiento 

Q&ced

(2.2)

BC W&

Entrada requerida

Entrada de trabajo

neto , entra

Es importante resaltar que el COP de los refrigeradores y bomba de calor pueden ser mayores a uno. Debido a que:

COPBC

COPR 1

(2.3)

Para valores fijos de QL y QH. Esta relación implica que

COPBC

f 1 puesto

que COPR es una cantidad positiva, es decir, una bomba de calor funcionará en el peor de los casos, como un calentador de resistencia.

La capacidad de enfriamiento de un sistema de refrigeración (la rapidez del calor extraído del espacio refrigerado) con frecuencia se expresa en toneladas de refrigeración equivalentes a 12.000 Btu/h o 12660 KJ/h. Esto tiene su base en la capacidad que tiene un sistema de refrigeración en convertir 1 tonelada de agua liquida a 0 ºC (32 ºF) en hielo a 0ºC (32 ºF) en 24 horas.

(fig 2-a): Esquema de sistema de refrigeración. Fuente: Yunus Cengel y Michael Boles, “Termodinámica”, cuarta edición.

2-a): Esquema de sistema de Bomba de calor. Fuente: Yunus Cengel y Michael Boles, “Termodinámica”, cuarta edición.

CICLO DE REFRIGERACIÓN

Como introducción al tema de ciclos de refrigeración por compresión de vapor, es necesario tener presentes distintos aspectos tratados con anterioridad en termodinámica relacionados con el ciclo de Carnot inverso debido a su utilización como ciclo de referencia para evaluar el desempeño de otros ciclos y en particular al ciclo de refrigeración por compresión de vapor, haciendo las comparaciones correspondientes para así lograr caracterizar el funcionamiento de los sistemas de refrigeración bajo el esquema de los ciclo termodinámicos.

CICLO DE CARNOT INVERSO

El ciclo de Carnot es totalmente reversible, permitiendo que los cuatro procesos que comprenden el ciclo puedan invertirse. El resultado es un ciclo que opera en dirección contraria a las manecillas del reloj, que se llama ciclo invertido de Carnot. Un refrigerador o bomba de calor que opera en este

ciclo recibe el nombre de refrigerador o bomba de calor de Carnot. Aunque en la práctica no es utilizado por razones que mas adelante

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