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Ciclos de refrigeración Termodinámica Instituto IACC
Desarrollo. 1.- Compare los procesos entre el ciclo invertido de Carnot y los ciclos ideales y reales de compresión de vapor. Señale similitudes y diferencias entre ellos. Explique brevemente las causas de esas diferencias. Similitudes de los ciclos
Trabajan con fluidos condensables
Utilizan presión y temperatura
Fluidos de refrigeración
Funcionamiento antihorario en un diagrama T-s
Proceso Isotérmico de condensador y evaporador.
Diferencias Invertido de Carnot
Ideales
Reales
Utiliza turbinas
Utiliza válvula de expansión.
Utiliza válvula de expansión.
Eficiencia temperaturas
depende Proceso de
cesión
de
compresión La
y adiabático e isentrópica.
fricción
Sin perdidas de calor
calor
Es reversible
Sin perdidas de presión
disminuir
refrigerante
esta
la
entropía y la transferencia de
absorción de calor
El
aumenta
pueden
aumentan la
o
entropía,
como dependiendo si este enfría o
vapor saturado en el estado 1
calienta. Al
ser
real
el
ciclo
experimenta perdidas de calor. Al
ser
experimenta
real
el
perdidas
ciclo de
presión. Refrigerante compresor
llega
al
levemente
sobrecalentado
Las diferencias entre los ciclos invertido de Carnot, los ciclos ideales y los ciclos reales de compresión a vapor, son principalmente que los procesos isotérmicos en el condensador y el evaporador pueden ser realizados en dispositivos reales, la compresión y expansión son realizados con el refrigerante, los cuales se muestran en dos fases y en ella se necesitan considerar equipo bastante especiales y por ende de un costo bastante elevado, producto de la irreversibilidad en los procesos indicados.
2.- Realice una búsqueda en internet e identifique dos sistemas comerciales de refrigeración para uso industrial, compare sus componentes, desempeño y tipo de refrigerante utilizado. Indique cuales criterios se tomaron en cuenta para definir el uso de ese refrigerante.
Equipo de aire acondicionado en los sistemas automotrices. Compresor de aire. Condensador. Presostato. Componentes
Filtro. Válvula de expansión. Evaporador. Conductos Desempeño
Tipo de refrigerante
R314a
Cámaras frigoríficas Cilindro de nitrógenos. Válvula de escape. Distribuidor. Componentes
Ventilador. Termostato. Conductos. Válvula Solenoide.
Desempeño Tipo de refrigerante
Nitrógeno liquido
Hoy en día las consideraciones para poder implementar estos sistemas, está completamente orientado al cuidado del medio ambiente. Para el caso de sistema de aire acondicionado automotriz, se han remplazado el antiguo refrigerante, el cual era bastante dañino para la capa de Ozono, instalando hoy el día el refrigerante 134a. Para el caso de las cámaras frigoríficas, no existe una consideración especial ya que las emanaciones que esta produce no es toxica, pues estos sistemas de refrigeración son utilizados con el aire de la atmosfera, pues este posee cerca del 78% de nitrógeno, la cual es la fuente importante para la refrigeración.
3.- Un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor que usa refrigerante 134a como fluido de trabajo mantiene un condensador a 1000 kPa y el evaporador a 4°C. Determine el COP de este sistema y la cantidad de potencia necesaria para proporcionar una carga de enfriamiento de 400kW.
1 = 4° h1= 252,77 kJ/kg s1 = 0,92927 kJ/kg*K P2 = 1000 kPa = 1 Mpa s2 = s1 h2 = 275,29 kJ/kg h4 ≅ h3 = 107,32 kJ/kg
= ̇ℎ1ℎ4 → ̇ =
= / − ,−,/ = 2,75 /
̇ = ̇ ℎ2ℎ1 =(2,75 ) 275,29252,77/ = 61,93 = 400 =6,46 = ̇ 61,93
4.- Entra refrigerante 134a al compresor de un refrigerador como vapor sobrecalentado a 0,20 Mpa y -5°C a un flujo másico de 0,7 kg/s, y sale a 1,2 Mpa y 70°C. El refrigerante se enfría en el condensador a 44°C y 1,15 Mpa, y se estrangula a 0,2 Mpa. Despreciando cualquier transferencia de calor y cualquier caída de presión en las líneas de conexión entre los componentes, muestre el ciclo en un diagrama T-s con respecto a las líneas de saturación, y determine: a) La tasa de remoción de calor del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor.
= ̇ ℎ1ℎ4 253,05 + 244,53 = 497,59 / 2 = 248,80 kJ/kg h1 = 248,80 kJ/kg
ℎ4 ≈ ℎ3 = ℎ = 115,16 / Se reemplazan los valores para la ecuación 1
= ̇ℎ1ℎ4 =(0,7 ) 248,80115.16/=93,55 ̇ = ̇ ℎ2ℎ1 Valores obtenidos desde la tabla refrigerante 134a. h2 = 300,61 kJ/kg
̇ = 0,7 /300,61 248,80/ = 41,45 b) La eficiencia isentrópica del compresor.
= ℎℎ ℎℎ La entalpia isentrópica se obtiene a través de las tablas
s1 = 0,9539 kJ/kg*K. Con s2 = s1 y P2 = 1,2 MPa de la tabla A-13 0,9267
278,27
0,9539
287,18
0,9614
289,64
ℎ =287,18 = 287,18248,80 300,61248,80 0,7408 →74% c) El COP del refrigerador.
= 95,33 = 2,29 = ̇ 41,45
Bibliografía Contenido Semana 6, Ciclos de refrigeración, Termodinámica IACC Contenidos adicionales semana 6
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