Refrigeradora Domestica

INTRODUCCIÓN.

La refrigeración es utilizada por el hombre desde mucho tiempo para la conservación de alimentos, medicinas, asi como para la producción de hielo. La mayoría de las refrigeradoras usan hoy un ciclo termodinámico que incluye la compresión de un vapor refrigerante, para lo cual utilizan un compresor conectado con un motor eléctrico. Es por ello que limita el uso de refrigeradoras en regiones rurales donde no existe la red eléctrica.

El principio básico de la refrigeración es extraer calor de un foco frío y enviar el calor hacia una temperatura de medio ambiente para congelar ciertos productos. Este principio lo utilizan las clásicas refrigeradoras domésticas extraen calor a través del evaporador y la expulsan por medio del condensador utilizando un compresor y otros dispositivos que permiten la realización del ciclo.

Para poder refrigerar se utiliza un fluido que puede ser gas o líquido llamado refrigerante que es aplicable en estos sistemas porque cumple con los parámetros de estado como la temperatura y presión adecuadas. Las refrigeradoras domésticas, hace décadas, utilizaban, los refrigerantes R-12, R-22, sin embargo estos eran dañinos para la capa de ozono; así que se reemplazaron por otro refrigerantes como el que se utiliza hoy en día(mayormente) en las refrigeradoras domésticas y que es el R-143a.

En el presente trabajo se hará el cálculo termodinámico del ciclo de compresión de vapor de la refrigeradora doméstica (marca Mabe) para hallar valores como el rendimiento del comprensor, el coeficiente de performance del ciclo utilizando el refrigerante R-134a., el calor que se absorbe con ciertas condiciones y diversos factores que lo implican.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS.

Un refrigerador es una máquina térmica que por muchos años ha demostrado ser muy muy durable y confiable.

Según el principio en el que se basa la producción del frío. Se distinguen dos tipos, los de compresión y los de absorción. Para reducir la temperatura, los primeros utilizan la compresión y la posterior expansión de un gas, mientras que los de absorción aprovechan la evaporación y la posterior condensación de una mezcla de agua y amoniaco calentada mediante una resistencia eléctrica.

Los refrigeradores domésticos usan calor para mantener alimentos a bajas temperaturas. Refrigerar o congelar son los métodos por excelencia para mantener la comida en buen estado. Antes la comida era conservada a través de otros métodos como por ejemplo ponerles sal. El trabajo de un refrigerador está gobernado por las leyes de la termodinámica.

FUNCIONAMIENTO DE UNA REFRIGERADORA DOMÉSTICA.

La función principal de un refrigerador es tomar calor de la región de baja temperatura y expulsarlo al exterior, empleando una fuente de energía externa para mantener el proceso de enfriamiento. La mayoría de los refrigeradores poseen un sistema cíclico de compresión y descompresión de un gas para llevar a cabo el proceso.

Como introducción al tema del ciclo de refrigeración por compresión de vapor, es necesario tener presente 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 ciclos termodinámicos.

CICLO DE CARNOT INVERSO.

Justamente, la máquina térmica que opera en este ciclo recibe el nombre de Refrigerador de Carnot. Aunque en la práctica no es utilizado por razones que más adelante se expondrán, sirve de referencia para evaluar el desempeño de un dispositivo real que trabaje bajo las mismas condiciones de temperatura y presión.

Considerando el ciclo de Carnot inverso ejecutado dentro de la campana de saturación de un refrigerante, observamos los siguientes procesos:

"CICLO DE CARNOT INVERSO.TERMODINÁMICA.YUNUS CENGEL 7ma ED".

"DIAGRAMA TS DEL CICLO INVERSO DE CARNOT"

PROCESO 1-2: Se transfiere calor desde la región fría TL, de forma isoterma donde el refrigerante experimenta cambios de fase.

PROCESO 2-3: Se comprime el refrigerante isoentrópicamente, hasta que alcanza la temperatura máxima TH.

PROCESO 3-4: Se transfiere calor reversiblemente a la región caliente a TH , de forma isotérmica, donde el refrigerante experimenta cambios de fase.

PROCESO 4-1: Se expande el refrigerante isoentrópicamente hasta alcanzar la temperatura mínima TL.

Los inconvenientes de un ciclo de refrigeración de Carnot como modelo de dispositivo práctico radican en los procesos de compresión y expansión. En general debe evitarse comprimir una mezcla húmeda por el daño de las presencias de pequeñas gotas líquidas pueden causar al compresor (caso análogo de las turbinas de vapor). La expansión de una turbina bajo condiciones similares a la ya descrita es perjudicial, la restricción a las condiciones de saturación limita la capacidad de absorber calor. Las modificaciones para evitar estos dos tipos de problemas inherentes al ciclo de Carnot conducen en la práctica al ciclo de refrigeración por compresión de vapor.

CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR.

En el proceso de compresión de vapor se realizan modificaciones al ciclo de Carnot inverso basados fundamentalmente en:

Que el en el proceso de compresión el refrigerante debe estar en la fase de vapor sobrecalentado o saturado para impedir averías en el compresor.

Para expansionar el refrigerante es recomendable utilizar una válvula de expansión económica (casi libre de mantenimiento) más conocida en las partes de una refrigeradora doméstica como tubo capilar.

Muchos aspectos imprácticos asociados con el ciclo de Carnot inverso se eliminan al evaporar el refrigerante completamente antes de que se comprima y al sustituir la turbina con un dispositivo de estrangulamiento, tal como una válvula de expansión o tubo capilar.

Aplicando

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