Post on 03-Jan-2016
DECIMOQUINTA Y DECIMOQUINTA Y DECIMOSEXTA SEMANADECIMOSEXTA SEMANA
CONTENIDO
1. Introducción
Ciclos de Refrigeración
2.1 2.1 Ciclos de Refrigeración Ideales (Reversibles): Ciclos de Refrigeración Ideales (Reversibles):
1. Ciclo Invertido de Carnot 1. Ciclo Invertido de Carnot 2. Ciclo de Refrigeración por Comprensión de 2. Ciclo de Refrigeración por Comprensión de
Vapor Vapor
2.2 Ciclos Reales de Refrigeración (Irreversibles):2.2 Ciclos Reales de Refrigeración (Irreversibles):
3. Ciclos Reales de refrigeración por comprensión 3. Ciclos Reales de refrigeración por comprensión de Vapor de Vapor
3. Refrigerantes3. Refrigerantes
2. CICLOS DE REFRIGERACION2. CICLOS DE REFRIGERACION
Dos ciclos termodinámicos básicos de vapor:Dos ciclos termodinámicos básicos de vapor:
2.1 2.1 Ciclos de Refrigeración Ideales (Reversibles):Ciclos de Refrigeración Ideales (Reversibles):
1. 1. Ciclo Invertido de Carnot Ciclo Invertido de Carnot 2.2. Ciclo de Refrigeración por Comprensión de VaporCiclo de Refrigeración por Comprensión de Vapor
2.2 Ciclos Reales de Refrigeración:2.2 Ciclos Reales de Refrigeración:
3.3. Ciclos Reales de refrigeración por comprensión de Ciclos Reales de refrigeración por comprensión de Vapor. Ciclos con IrreversibilidadesVapor. Ciclos con Irreversibilidades
1. CICLO INVERTIDO DE CARNOT O CICLO DE 1. CICLO INVERTIDO DE CARNOT O CICLO DE REFRIGERACIÓN DE CARNOTREFRIGERACIÓN DE CARNOT
Proceso 1-2 Vaporización parcial (Evaporador), el refrigerante absorbe
calor isotérmicamente de una fuente de baja temperatura a TL
en la cantidad de QL
Proceso 2 -3 Compresión isentrópica (Compresor), el refrigerante se
comprime isotérmicamente hasta el estado 3, la temperatura
aumenta hasta TH
Proceso 3 -4 Condensación (Condensador), rechazo de calor
isotérmicamente en un sumidero de alta temperatura
(TH) en la cantidad de QH. y el refrigerante cambia de
estado de vapor saturado a líquido saturado
Proceso 4 -1 Expansión isentrópica (Turbina), hasta el estado 1, la
temperatura desciende hasta TL
Esquema de un refrigerador de Carnot y diagrama T-s
4 3
1 2
Refrigerante
Wturbo
•Wcomp
•
3
2
4
1
bajatempTaltatempT
eperformancdeecoeficientCOPTT
TCOP
W
QCOP
LH
LH
LCarnot
neto
abs
.,.
,
entW
ObservacionesObservaciones
1) Se obtiene invirtiendo el ciclo de Carnot de potencia con vapor.
2) Opera entre un ambiente frío a TL y otro a temperatura caliente a TH.
3) El ciclo lo ejecuta una sustancia llamada Refrigerante que circula con flujo estacionario a través de los equipos termodinámicos.
4) Todos los procesos son internamente reversibles y no existe irreversibilidades externas debido a que la transferencia de calor entre el refrigerante y los ambientes ocurren sin diferencia de temperatura.
Limitaciones prácticas:
Los procesos 2- 3 y 4– 1 no pueden manejarse en la práctica,
debido a que los procesos 2- 3 incluye la compresión de una mezcla
liquido–vapor que requiere un compresor (expansor) especial que
maneje las dos fases. El costo del expansor resulta innecesario
debido que el trabajo producido por la turbina es pequeño
comparado con el trabajo consumido por el compresor.
Los procesos 4 – 1 implican la expansión de un refrigerante con alto
contenido de humedad.
Observación: El COP se mejora a medida que se disminuye la
diferencia entre las temperaturas alta y baja. La temperatura alta no
puede ser más baja que la temperatura ambiental.
2. EL CICLO IDEAL DE REFRIGERACIÓN 2. EL CICLO IDEAL DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPORPOR COMPRESIÓN DE VAPOR
Los problemas asociados con el ciclo invertido de Carnot se
eliminan al evaporar el refrigerante por completo antes de
que se comprima y al sustituir la turbina con un dispositivo
de estrangulamiento (válvula de expansión o un tubo
capilar) h3 = h4
Esquema y diagrama T-s para el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor.
4312
411,4 .: hhctehVálvulahhhh
W
Q
W
QCOP
Compneto
absR
1-2 Compresión isentrópica (compresor) El refrigerante entra
al compresor en estado 1 como vapor saturado y se comprime
isentrópicamente hasta la presión del condensador.
2 -3 Rechazo de calor a presión constante (condensador). El
refrigerante entra al Condensador, como vapor sobrecalentado en el
estado 2 y sale como liquido saturado en el estado 3, como
resultado del rechazo de calor hacia los alrededores. La
temperatura del refrigerante será mayor que la temperatura
ambiente.
3 -4 Estrangulamiento (válvula de expansión o tubo capilar).
El refrigerante líquido-saturado en el estado 3 se estrangula hasta la
presión del evaporador. La temperatura del refrigerante desciende e
ingresa al evaporador en el estado 4
PROCESOSPROCESOS
4-1 Absorción de calor a presión constante (evaporador). El
refrigerante ingresa al evaporador en el estado 4 como una
mezcla saturada de baja calidad y se evapora por completo
absorbiendo calor del espacio refrigerado. El refrigerante sale
del evaporador como vapor saturado y vuelve a entrar al
compresor, con lo cual completa el ciclo.
Observación:
No se calcula el rendimiento de un ciclo de refrigeración, ya que ese rendimiento no tiene interés. Lo que si tiene interés es el cociente entre la energía que se obtiene y la energía que se suministra. El COP es hasta 5 para bombas de calor y hasta 4 para máquinas frigoríficas.
En un refrigerador doméstico los tubos en el
compartimiento del congelador donde el calor es
absorbido por el refrigerante, sirven como el evaporador.
Los serpentines detrás del refrigerador, donde el calor se
disipa en el aire de la cocina sirven como el condensador.
Un refrigerador doméstico común
3. CICLOS REALES DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR, CICLOS CON
IRREVERSIBILIDADES
En la actualidad existe una gran cantidad de dispositivos que funcionan con el ciclo de compresión de vapor. Casi todos los refrigeradores, congeladores, acondicionadores de aire y bombas de calor, usan sistemas que aplican unidades por compresión de
vapor.
Esquema y diagrama T- s para el ciclo real de Esquema y diagrama T- s para el ciclo real de refrigeración por compresión de vaporrefrigeración por compresión de vapor
Proceso Proceso
Irrevers.Irrevers.
V.S ó V.S ó V.S.CV.S.C