Ciclo Bryton Invertido , Refrigeracion Por Gas

Introducción

El frío es la ausencia de calor y este se crea al quitar el calor de un objeto o sistema. Dado que el frío y el calor no son sustancias , su estudio son solo descripciones del movimiento del calor de un lugar a otro. El calor siempre se mueve de un material caliente hacia otro más frío. Los materiales calientes se enfrían debido a que el calor abandona el material, los materiales fríos se calientan debido a que el calor se mueve hacia ese material. Por lo tanto el movimiento del calor de un objeto o área hacia otro, permite la calefacción y el acondicionamiento del aire, como así también la refrigeración para la preservación de alimentos o solicitudes químicas o físicas . Una de las principales características de los sistemas de refrigeración es La licuefacción de gases ya que la la mayoría de los sistemas la utilizan a temperaturas superiores al valor del punto crítico, una sustancia existe únicamente en la fase gaseosa, tras la manipulación de estados de presión se logra pasar un gas a liquido y viceversa sin necesitad de variar mucho la temperatura .En nuestro caso analizaremos el principio de refrigeración por gas , el cual es un sistema donde el fluido o gas utilizado esta siempre en su forma gaseosa

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Sistema de refrigeración por gas

En este tipo de sistemas el fluido de trabajo permanece siempre en estado gaseoso. Los sistemas de refrigeración con gas tienen un número importante de aplicaciones. Se utilizan para conseguir temperaturas muy bajas que permiten la licuación de aire y otros gases y para otras aplicaciones específicas tales como la refrigeración de cabinas de aviones. El mas importante de estos es el ciclo Brayton de refrigeración que se presenta como un tipo importante de sistema de refrigeración de gas.

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Componentes utilizados Compresor: aquí el aire (como gas ideal) es comprimido Intercambiadores de calor. Estos pueden ser radiadores u otro tipo de compartimentos de gran capacidad de transmisión de calor En estos sistemas hay 2 intercambiadores de calor el primero entrega calor y el otro quita calor Intercambiadores de calor : los intercambiadores pueden ser prioritariamente de radiadores en cualquiera de sus tipos ,ya que con esta estructura se logra una disipación o absorción optima por periodo de tiempo Turbina: es el lugar donde se efectúa la expansión del gas y por consiguiente se produce un enfriamiento del mismo, el cual luego de este proceso pasa por otro intercambiador de calor esta vez quitando calor del medio ambiente. Válvulas: estas actúan como aliviador de presión, lo mismo que la turbina, también se utilizan válvulas del tipo no retorno para separar cada estado de presurización del gas .

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Funcionamiento del ciclo brayton invertido

1-2 EL AIRE ES COMPRIMIDO  AUMENTO DE PRESION  AUMENTO DE TEMPERATURA 2-3 El aire a presión  aporta calor al ambiente exterior perdiendo temperatura 3-4 en la turbina se expande el aire absorbiendo calor en el intercambiador  se completa ciclo

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DIFERENCIAS DEL CICLO DE BRYTON INVERTIDO Y CICLO DE CARNOT INVERTIDO Los ciclos de refrigeración por gas se diferencian del ciclo de Carnot invertido, ya que los procesos de transferencia de calor no son isotérmicos. De hecho, la temperatura del gas varía de manera considerable durante el proceso de transferencia de calor. En consecuencia, los ciclos de refrigeración de gas tienen COP( coeficient of performance ) menores respecto de los ciclos de refrigeración por compresión de vapor o con relación al ciclo de Carnot invertido. Esto también se deduce del diagrama T-s . El ciclo de Carnot invertido consume una fracción del trabajo neto (área rectangular), pero produce una cantidad mayor de refrigeración (área triangular bajo B1).

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Todos los procesos recién descritos son internamente reversibles, y el ciclo Ejecutado es el ciclo ideal de refrigeración de gas. En los ciclos reales de refrigeración de gas, los procesos de compresión y expansión se desviarán de los isentrópicos, y T3 será más alta que T0 a menos que el intercambiador de calor sea infinitamente largo. En un diagrama T-s, el área bajo la curva del proceso 4-1 representa el calor removido del espacio refrigerado; el área encerrada 1-2-34-1 representa la entrada neta de trabajo. La relación de estas áreas es el COP para el ciclo, que se expresa como. relación de coeficientes de operación o desempeño (COP) :

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APLICACIONES DE LA REFRIGERACION CON GAS A pesar de su bajo coeficiente de rendimiento , los ciclos de refrigeración de gas tienen dos características importantes: incluyen componentes simples y ligeros (que los hacen adecuados para el enfriamiento de aviones) y también pueden incorporar regeneración (por lo que son adecuados en la licuefacción de gases y en las aplicaciones criogénicas). a continuación un sistema de enfriamiento de avión, que opera en un ciclo abierto, El aire atmosférico se comprime por medio de un compresor, se enfría mediante el aire circundante y se expande en una turbina. El aire frío que sale de la turbina es dirigido después a la cabina. Con su respectivo diagrama Ts

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APLICACIONES DE LA REFRIGERACION CON GAS Para conseguir un ciclo Brayton de refrigeración con capacidades de refrigeración, moderadas, se necesitan equipos capaces de producir grandes presiones y manejar flujos volumétricos elevados. Para aplicaciones de acondicionamiento de aire y procesos de refrigeración ordinarios, los sistemas de refrigeración por compresión de vapor son mucho mas baratos y presentan coeficientes de operación mas altos que los sistemas de refrigeración con gas. Sin embargo, con las modificaciones adecuadas, los sistemas de refrigeracion con gas se pueden utilizar para conseguir temperaturas de alrededor de -150°C, que son mucho menores que las que normalmente se obtienen en sistemas con compresión de vapor. con gas para refrigerar una cabina de avión. Como se ve en la figura, una cantidad pequeña de aire, a alta presión, se extrae del compresor principal del motor y se enfría cediendo calor al ambiente. El aire a alta presión se expande después en una turbina auxiliar hasta la presión mantenida en la cabina. El aire reduce su temperatura en la expansión y es capaz de cumplir la función de refrigeración de la cabina. Como beneficio adicional, la expansión en la turbina proporciona parte de la potencia auxiliar necesaria en el avión. El tamaño y peso son consideraciones importantes en la selección de equipos para usar en aviones. Los Sistemas de ciclo abierto, como el ejemplo dado aqui, utilizan compresores y turbinas rotativos de gran velocidad y compactos. Además, como el aire para refrigeración procede directamente del ambiente, se necesitan menos intercambiadores de calor que si se utilizara el fluido refrigerante de un ciclo con compresión de vapor.

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BIBLIOGRAFÍA: Libro fundamentos de la termodinámica técnica II. Moran –Shapiro Libro Termodinaca – yunnus sengel, Michael boles. TERMODINAMICA BASICA Y APLICADA – I. Martinez http://termo2-1mi131.blogspot.cl/2013/11/ciclo-brayton-invertido.html

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