REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN MECANICA CONCEPTOS TERMODINÁMICOS M.C. MARIA LUISA COLINA IREZABAL.
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REFRIGERACIÓN POR
COMPRESIÓN
MECANICA
CONCEPTOS TERMODINÁMICOS
M.C. MARIA LUISA COLINA IREZABAL.
Como todos los procesos que tienen lugar en el ciclo ideal son reversibles, el ciclo puede invertirse. Entonces la máquina:
- absorbe calor de la fuente fría máquina- cede calor a la fuente caliente, frigorífica- teniendo que suministrar trabajo a la máquina
CICLO DE CARNOT
Las máquinas frigoríficas basan su funcionamiento en el Ciclo de Carnot, en donde:- se recibe energía (Q1) de un foco caliente a alta temperatura (T1 ) bomba- se convierte una porción de energía calorífica en trabajo (w) y de- se cede la restante energía (Q2) a un foco frío a baja temperatura (T2) calor
Esquema de una máquina
de Carnot
Sistema Frigorífico por Compresión Mecánica Simple
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN
POR COMPRESIÓN MECÁNICA
Son diagramas que presentan las propiedades termodinámicas de los refrigerantes y son particularmente útiles en el cálculo y diseño de los
sistemas de refrigeración
Normalmente se emplean 2 tipos de Diagramas:
1) Diagramas Presión – Entalpía (P-H)También llamados Diagramas de Mollier. En estos, la Presión (kPa o Bar) se grafica en escala logarítmica sobre el eje vertical (y) y sobre el eje horizontal (x), la Entalpía (kJ/kg o kcal/kg). Son los mas utilizados
2) Diagramas Temperatura – Entropía (T-S) También llamados Diagramas Izart. En estos, la Temperaturaq (ºC o
K) se grafica sobre el eje vertical (y) y sobre el eje horizontal (x), la Entropía (kJ/kgK o kcal/kgºC)
DIAGRAMAS DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN
DIAGRAMA PRESIÓN-ENTALPÍA
región líquido sub-
enfriado
Entalpía
Presión
DIAGRAMA TEMPERATURA-ENTROPÍA
Para el ciclo de compresión mecánica del vapor se pueden hacer las siguientes consideraciones:
1) La caída de presión del refrigerante durante los proceso de condensación y evaporación es despreciable, por lo que ambos procesos se pueden considerar isobáricos e isotérmicos
2) El proceso de compresión se realiza a entropía constante, dado que se considera que no hay intercambio de calor con los alrededores y toda la energía aplicada al compresor se convierte en trabajo
3) El proceso de expansión en la válvula se realiza a entalpía constante
Por lo tanto, en el ciclo de refrigeración por compresión mecánica simple el fluido refrigerante pasa por 4
procesos, que desde el punto de vista termodinámico son:
1) Evaporación (adición de calor isotérmica)
2) Compresión adiabática (proceso isoentrópico)
3) Condensación (cesión de calor isotérmica)
4) Expansión adiabática (proceso isoentálpico)
Estos procesos pueden representarse en Diagramas Presión-Entalpía o Temperatura-Entropía
El proceso 4 -1: es la evaporación del refrigerante en el evaporador. Este
proceso se efectúa a presión y temperatura constantes (PROCESO
ISOBÁRICO e ISOTÉRMICO) A medida que el refrigerante se evapora y absorbe calor del espacio refrigerado, se
incrementa su entalpía.
Evaporación: 4 – 1
En el punto 1 el refrigerante está totalmente vaporizado y
es un vapor saturado a la presión (y por lo tanto
temperatura) vaporizante
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Evaporación: 4 – 1
En el proceso 1 -2 hay un aumento en la presión del vapor debido a la compresión , efectuándose un
trabajo sobre el vapor refrigerante (llamado calor de compresión). La
energía interna (entalpía) se incrementa pero por ser un proceso adiabático, la entropía permanece
constante (PROCESO ISOENTRÓPICO)
Compresión: 1 - 2
Como resultado de la absorción de calor en la
compresión, el vapor descargado por el compresor
está sobrecalentado
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Compresión: 1 – 2
2
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Eliminación del sobre-calentamiento
(enfriamiento hasta la
temperatura de saturación): 2 – 2’
22’
Para que el vapor sea condensado debe eliminarse el sobrecalentamiento, bajando
su temperatura hasta la de saturación correspondiente a su presión (2’).
La diferencia de entalpías entre los puntos 2 y 2’, es calor sensible
(sobrecalentamiento) y entre 2’ y 3 es calor latente de condensación, que se realiza a TEMPERATURA Y PRESIÓN
CONSTANTES
Condensación: 2’ - 3
A la salida del condensador el
refrigerante es un líquido saturado
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Condensación 2’ – 3
22’3
El proceso 3 - 4 es una reducción desde la presión de condensación hasta la presión
de evaporación. Cuando el líquido es expandido al atravesar el orificio de la
válvula, se produce vaporización de una parte del líquido a expensas de la
disminución en la temperatura del resto del líquido.
La expansión es adiabática, no hay cambio en la entalpía del refrigerante.
Expansión: 3 – 4
En el punto 4 el refrigerante vuelve a poseer las mismas características
que cuando inició el ciclo.
A la salida de la válvula, el refrigerante es una mezcla
vapor-líquido
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Expansión:3 – 4
22’3
Evaporación: 4 – 1 (isotérmica e isobárica)
Compresión: 1 – 2 (isoentrópica)
Condensación: 2’ – 3 (isotérmica e isobárica)
Expansión: 3 – 4 (isoentálpica)
Diagramas del Ciclo de Refrigeración
El calor eliminado del refrigerante en el condensador, debe ser igual al
calor absorbido por el refrigerante en todos los demás puntos del ciclo