Refrigeracion

Los ciclos inversos de motores térmicos, o ciclos frigorígenos, permiten la transferencia de calor desde una fuente fría, hasta otra fuente a mayor temperatura, fuente caliente; estos ciclos vienen caracterizados por un coeficiente de efecto frigorífico, que es la relación entre la cantidad de calor extraída a la fuente fría y el trabajo aplicado al ciclo mediante un compresor.

Para un mismo salto de temperatura entre la fuente caliente y la fuente fría, se pueden considerar los siguientes coeficientes de efecto frigorífico:

a) Coeficiente de efecto frigorífico teórico del ciclo. [COPTEORICO]

b) Coeficiente de efecto frigorífico del ciclo de Carnot correspondiente. [COPC. ]

c) Coeficiente de efecto frigorífico real. [COPREAL o COP]

El coeficiente de efecto frigorífico teórico del ciclo es:

〖COP〗_teoríco=q_V/T_t ………(1)

Donde:

q_V : Potencia frigorífica o cantidad de calor extraída del foco frío (vaporizador).

T_t : Trabajo aplicado al fluido (por el compresor) en condiciones ideales.

El coeficiente de efecto frigorífico del ciclo de Carnot es:

〖COP〗_C=T_V/(T_C-T_V ) ………(2)

Donde:

T_V : Temperatura del foco frío (vaporizador).

T_C : Temperatura del foco caliente (condensador).

El coeficiente de efecto frigorífico real es:

COP=q_V/T_r ………(3)

Donde:

T_r : trabajo específico real aplicado al fluido por el compresor.

El valor del trabajo real [ T_r o W_r ] se puede deducir a partir del concepto de crecimiento de entropía ∆S^* a lo largo del ciclo, debido a la irreversibilidad del mismo, de la forma:

∆s^*=-q_V/T_V +q_C/T_C =|q_C=q_V+T_r |=-q_V/T_V +(q_V+T_r)/T_C

Despejando T_r :

T_r=∆s^*.T_C+q_V.(T_C-T_V)/T_C =∆s^*.T_C+q_V/〖COP〗_C =∆s^*.T_C+(COP.T_r)/〖COP〗_C

De acuerdo con el Segundo Principio de la Termodinámica, el trabajo mínimo reversible a aplicar al ciclo se corresponde con el trabajo del ciclo de Carnot, por lo que:

T_Carnot=〖q_C〗^,-q_V

En la que q_V es la misma que la del ciclo real, pero no, 〖q_C〗^,=q_C

En un proceso reversible se tiene que la variación de entropía total es cero, es decir:

〖q_C〗^,/T_C =q_V/T_V →〖q_C〗^,=q_V.T_C/T_V

El trabajo del ciclo de Carnot es:

T_C=q_V.T_C/T_V -q_V=q_V.(T_C-1)/T_V =q_V/〖COP〗_C

El trabajo real es:

T_r=∆s^*.T_C+q_V/〖COP〗_C =∆s^*.T_C+T_C

Es decir, el trabajo real es igual al trabajo mínimo reversible aumentado en la cantidad (∆S.T_C ) que es una energía que hay que aplicar, que queda ligada al fluido frigorígeno y que no se puede aprovechar, porque es consecuencia de la irreversibilidad del proceso.

Una buena máquina frigorífica será aquella capaz de extraer una gran cantidad de calor de un foco frío qv a expensas de una pequeña cantidad de energía Tr aplicada a la misma mediante el compresor.

CICLO DE CARNOT DE UN FLUIDO CONDENSABLE

La ventaja del ciclo de una máquina frigorífica de fluidos condensables respecto a la máquina frigorífica

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