CICLO DE REFRIGERACION
Enviado por victorae • 12 de Octubre de 2013 • 5.496 Palabras (22 Páginas) • 435 Visitas
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:
Es importante resaltar que el COP de los refrigeradores y bomba de calor
pueden ser mayores a uno. Debido a que:
COPBC =COPR + 1
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.
neto entra
sum
R W
Q
COP
Entrada de trabajo ,
Efecto de enfriamiento
Entrada requerida
Salida deseada
&
&
= = =
neto entra
ced
BC W
Q
COP
Entrada de trabajo ,
Efecto de calentamiento
Entrada requerida
Salida deseada
&
&
= = =
(2.1)
(2.2)
(2.3)
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
(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 recibe el nombre de refrigerador o bomba de calor de Carnot.
Aunque en la práctica no es utilizado por razones que mas adelante se
expondrán, sirve de referencia para evaluar el desempeño de un dispositivo
real que trabaje bajo las mismas condiciones de temperatura.
Considere un ciclo de Carnot invertido ejecutado dentro de la campana de
saturación de un refrigerante, como el que se muestra en la figura (2.1-a)
1-2 Se transfiere (absorción) calor reversiblemente desde la región fría TL, de
forma isoterma donde el refrigerante experimenta cambios de fase.
2-3 Se comprime el refrigerante isoentrópicamente, hasta que alcanza la
temperatura máxima TH.
3-4 Se transfiere calor reversiblemente a la región caliente a TH, de forma
isoterma, donde el refrigerante experimenta cambios de fase (vapor a
líquido).
(fig 2.1-a): Ciclo de Carnot inverso. Fuente:
Yunus Cengel y Michael Boles, “Termodinámica”,
cuarta edición.
(fig 2.1-b): Diagrama Ts de Carnot.
Fuente: Yunus Cengel y Michael Boles,
“Termodinámica”, cuarta
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