La refrigeración es un proceso termodinámico

[pic 1]UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁ[pic 2]

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA

Sede Panamá Oeste

Ing. Juan José Delgado

Investigación #2

Ciclo de compresión por vapor  

Diogo Romero              8-890-1977

Grupo: 9-EE-131

Fecha de Entrega: jueves 12 de mayo de 2016

Refrigeración

La refrigeración es un proceso termodinámico en el que se extrae calor del objeto considerado (reduciendo su nivel térmico), y se lleva a otro lugar capaz de admitir esa energía térmica. Estos aparatos se llaman refrigeradores y utilizan fluidos llamados refrigerantes para cumplir este objetivo, el cual absorbe calor a bajas temperatura y presión, cediéndolo a temperatura y presión más elevadas. Este proceso tiene lugar, generalmente, con cambios de fase del fluido.

Una bomba de calor es una máquina que mueve calor de un lugar a una temperatura menor a otro lugar que está a una temperatura mayor usando trabajo mecánico. Su objetivo es calentar el espacio dado. Si el objetivo es enfriar el espacio entonces se habla de un refrigerador. En ambos casos, el principio de operación es el mismo. El calor es movido del lugar de mayor temperatura al de menor temperatura.

De acuerdo a la segunda ley de la termodinámica, el calor no puede fluir espontáneamente de un lugar a menor temperatura al de mayor; trabajo es requerido para lograr esto. Un aire acondicionado requiere trabajo para enfriar un espacio, moviendo el calor del espacio interno a un lugar externo.

Un ciclo termodinámico es una serie de procesos los cuales retornan el sistema a su estado inicial. El calor y trabajo no son cero a través del ciclo.

Los ciclos de refrigeración y de bombeo de calor pueden ser clasificados en compresión de vapor, absorción de vapor, ciclo de gas, ciclo Stirling.  En este trabajo solo se contemplará la refrigeración por compresión de vapor.

Refrigeración por compresión de vapor

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Ciclo de refrigeración básica

Los dispositivos utilizados son

• Evaporador: Se transfiere calor (absorbe) de la región fría al refrigerante que experimenta un cambio de fase a temperatura constante. Para que la transferencia de calor sea efectiva, la temperatura de saturación del refrigerante debe ser menor que la temperatura de la región fría.
• Condensador: El refrigerante se condensa al ceder calor a una corriente externa al ciclo. El agua y el aire atmosférico son las sustanciales habituales utilizadas para extraer calor del condensador. Para conseguir que se transfiera calor, la temperatura de saturación del refrigerante debe ser mayor que las temperaturas de las corrientes atmosféricas.
•  Compresor: Para alcanzar las condiciones requeridas en el condensador logrando la liberación del calor desde el sistema al ambiente, es necesario comprimir el refrigerante de manera de aumentar su presión y en consecuencia su temperatura (generalmente temperaturas de sobrecalentamiento), el requerimiento de potencia de entrada depende de las necesidades de enfriamiento.
• Válvula de estrangulamiento: Liberado el calor en el condensador es necesario revertir el proceso del compresor de manera de obtener bajas temperatura al disminuir la presión (estrangular), logrando las condiciones requeridas en el evaporador.

Principios de refrigeración por compresión de vapor

• El líquido absorbe calor cuando cambia de líquido a gas
• Los gases entregan calor cuando cambian de gas a liquido

Para que un sistema de aire de aire acondicionado opere de manera económica, el refrigerante debe ser usado repetidamente. Por esto, todos los sistemas de refrigeración usan el mismo ciclo de compresión, condensación, expansión y evaporación de manera cíclica. El mismo refrigerante es usado para mover el calor de un área a mayor temperatura y expulsarla en otro lugar

1. EL refrigerante entra en el compresor como un gas a baja presión, es comprimido y movido fuera del compresor como un gas a alta presión y alta temperatura.
2. El gas fluye al condensador.  El gas se condensa en líquido y entrega el calor al exterior. Se mueve como un líquido a alta presión.
3. El líquido se mueve a la válvula de estrangulamiento a alta presión. Esta válvula restringe el flujo del fluido y disminuye su presión y temperatura a medida que deja la válvula.
4. El líquido a baja presión es movido al evaporador, donde calor del aire interno es absorbido y cambia de líquido a gas
5. Como un gas a baja presión, el refrigerante se mueve al compresor donde el ciclo es repetido.

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Ciclo ideal por compresión de vapor

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Se necesita mucho calor para evaporar el líquido. Una pequeña cantidad de líquido circulando en un refrigerador puede desempeñar una gran cantidad de enfriamiento. Por esta razón este ciclo se usa tanto. El sistema de refrigeración puede ser compacto. Desde un punto de vista práctico el intercambio de calor es mejor cuando se usan cambios de estado (evaporación y condensación). Sin embargo, el proceso de expansión del líquido es no reversible. También, la eficiencia de este ciclo nunca se acercará al del ciclo de Carnot.

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