Diagramas Termodinámicos De Los Ciclos Frigoríficos

1. Diagramas termodinámicos de los ciclos frigoríficos

Vamos a empezar tratando el objeto de estudio de un diagrama termodinámico

A. Objeto de estudio de un diagrama termodinámico: el ciclo de refrigeración

Con el fin de estudiar el ciclo frigorífico, analizar su evolución y modos de mejora, extraer las potencias y rendimientos frigoríficos que se están obteniendo, y todo ello de un modo visual, se realizan los diagramas termodinámicos.

Pasamos a explicar brevemente en qué consiste el ciclo de refrigeración:

El ciclo de refrigeración es el proceso al que se somete el fluido frigorífico para conseguir el enfriamiento de un recinto. Se compone de las siguientes etapas:

a)Evaporación.

b)Compresión.

c)Condensación.

d)Expansión.

El ciclo inicia con el fluido en forma de líquido a baja presión. En esas condiciones, el líquido se evapora de modo espontáneo en el interior del evaporador, absorbiendo del local a refrigerar el calor necesario para realizar dicha transformación (calor latente de vaporización).

En modo de vapor, el fluido accede al compresor donde es elevado a altas presiones mediante la compresión que le provoca el elemento mecánico. La compresión también causa un aumento de la temperatura en el gas y en esas nuevas condiciones el gas condensa a líquido si es expuesto a una temperatura inferior. Eso es lo que ocurre en el condensador, cediendo el calor absorbido en el evaporador al ambiente exterior (calor latente de condensación).

Tras el condensador se tiene líquido a elevada presión. Para volver al estado inicial sólo resta hacer descender la presión del líquido mediante el elemento de expansión (válvula o capilar), descendiendo también en dicha expansión la temperatura del fluido.

B. Características de un diagrama termodinámico

Un diagrama termodinámico es una representación de los diferentes estados a los que es sometido el fluido a lo largo del ciclo frigorífico en función de dos variables termodinámicas.

En la aplicación presenta especial interés la representación en dicho diagrama de las curvas que representan, concretamente para el fluido usado en la instalación, el comienzo y el fin de las fases de evaporación y condensación.

A la línea que marca el comienzo de la evaporación o fin de la condensación se le denomina línea de líquido ya que separa la zona donde el fluido está presente como líquido únicamente de aquella zona en la que coexisten líquido y gas.

De modo recíproco, a la línea que marca el comienzo de la condensación o el fin de la evaporación se le denomina línea de vapor ya que separa la zona donde el fluido está presente como vapor únicamente de aquella zona en la que coexisten líquido y gas.

Ambas líneas se unen en la denominada curva de saturación.

Al fluido que se le somete a un ciclo frigorífico se le fuerza a realizar una serie de procesos termodinámicos con el fin de obtener el enfriamiento deseado. Estos procesos se llevan a cabo manteniendo constante alguna propiedad física y/o termodinámica: presión, temperatura, entalpía o entropía. Así:

- La evaporación y la condensación suceden a temperatura y presión constantes.

- La compresión sucede de modo adiabático (sin intercambio de calor con el exterior), lo que conlleva que la entropía se puede considerar constante.

- La expansión sucede de modo isoentálpico y/o isoentrópico.

Por lo que los diagramas más usados en las instalaciones frigoríficas son los siguientes:

- Diagrama Presión-Volumen

- Diagrama Temperatura-Entropía

- Diagrama Presión-Entalpía

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