capitulo 2 sistemas de refrigeraciÓn y bomba de calor por compresiÓn de vapor objetivo: describir...

CAPITULO 2CAPITULO 2SISTEMAS DE REFRIGERACIÓNSISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

Y BOMBA DE CALOR Y BOMBA DE CALORPOR COMPRESIÓN DE VAPORPOR COMPRESIÓN DE VAPOR

OBJETIVO:OBJETIVO: Describir y hacer un esquema del sistema Describir y hacer un esquema del sistema

de refrigeración por compresión de vapor.de refrigeración por compresión de vapor. Seleccionar equipo paquete de Seleccionar equipo paquete de

refrigeración.refrigeración. Describir y hacer un esquema del sistema Describir y hacer un esquema del sistema

de bomba de calor.de bomba de calor.

2.1INTRODUCCIÓN2.1INTRODUCCIÓN

Propiedades TermodinámicasPropiedades Termodinámicas Primera Ley de la TermodinámicaPrimera Ley de la Termodinámica Segunda Ley de la TermodinámicaSegunda Ley de la Termodinámica Energía InternaEnergía Interna EntalpíaEntalpía EntropíaEntropía

2.2. CICLO TERMODINAMICO ESTANADAR DE CARNOT 2.2. CICLO TERMODINAMICO ESTANADAR DE CARNOT INVERTIDOINVERTIDO

El ciclo de Carnot en una máquina térmica El ciclo de Carnot en una máquina térmica ya nos es familiar desde los estudios de ya nos es familiar desde los estudios de termodinámica. La máquina térmica de termodinámica. La máquina térmica de Carnot está representada Carnot está representada esquemáticamente en la Figura 2-1esquemáticamente en la Figura 2-1..

2.2. CICLO TERMODINAMICO ESTANADAR2.2. CICLO TERMODINAMICO ESTANADAR

2.3 Coeficiente de funcionamiento2.3 Coeficiente de funcionamiento

Para poder evaluar el grado de bondad del Para poder evaluar el grado de bondad del funcionamiento de un sistema de refrigeración, funcionamiento de un sistema de refrigeración, debe definirse un término que exprese su debe definirse un término que exprese su efectividad. La idea del índice de funcionamiento efectividad. La idea del índice de funcionamiento del ciclo de refrigeración es la misma que la idea del ciclo de refrigeración es la misma que la idea que se tiene prácticamente del rendimiento, es así que se tiene prácticamente del rendimiento, es así que el índice de funcionamiento en el ciclo de que el índice de funcionamiento en el ciclo de refrigeración se llama coeficiente de refrigeración se llama coeficiente de funcionamiento, está definido por:funcionamiento, está definido por:

netotrabajo

útiliónrefrigeracentofuncionamideecoeficient

2.4. CICLO ESTANDAR DE COMPRESIÓN DE 2.4. CICLO ESTANDAR DE COMPRESIÓN DE VAPORVAPOR

El ciclo estándar de compresión de vapor se El ciclo estándar de compresión de vapor se muestra en la figura 3.2. Los procesos que muestra en la figura 3.2. Los procesos que comprende el ciclo estándar de compresión comprende el ciclo estándar de compresión son:son:

Diagrama de MollierDiagrama de Mollier

Análisis de los procesosAnálisis de los procesos

Proceso de compresión (1-2)Proceso de compresión (1-2)

Donde Q=0 por ser la compresión Donde Q=0 por ser la compresión adiabáticaadiabática

El signo (-)sig. Trabajo entregado al sistemaEl signo (-)sig. Trabajo entregado al sistema

WhQh 21

12 hhW

WhQh 21

Proceso de condensación (2-3)Proceso de condensación (2-3)

Calor rechazadoCalor rechazado

Donde W=0Donde W=0

El calor hEl calor h33-h-h22 es negativo, lo que expresa que el calor es es negativo, lo que expresa que el calor es cedido por el refrigerante. El valor del calor cedido se cedido por el refrigerante. El valor del calor cedido se necesita para el cálculo de las dimensiones del necesita para el cálculo de las dimensiones del condensador y del caudal necesario del líquido condensador y del caudal necesario del líquido refrigerante en el condensador.refrigerante en el condensador.

WhQh 32

23 hhQ

Proceso de expansión (3-4)Proceso de expansión (3-4)

Donde: Q=0 y W=0Donde: Q=0 y W=0

Proceso a entalpía constante.Proceso a entalpía constante.

Este proceso se realiza en la válvula de Este proceso se realiza en la válvula de expansión termostática en un sistema comercial expansión termostática en un sistema comercial e industrial.e industrial.

WhQh 43

43 hh

Proceso de evaporación (4-1)Proceso de evaporación (4-1)

Donde W=0Donde W=0

Efecto refrigerante.-Efecto refrigerante.- El efecto refrigerante es El efecto refrigerante es el calor puesto en juego en el proceso 4-1.el calor puesto en juego en el proceso 4-1.

ER = hER = h1 1 - h- h44

WhQh 14

41 hhQ

Coeficiente de funcionamientoCoeficiente de funcionamiento

El coeficiente de funcionamiento o de operación El coeficiente de funcionamiento o de operación es:es:

Caudal en masa.-Caudal en masa.- el caudal del refrigerante puede el caudal del refrigerante puede calcularse dividiendo la capacidad de calcularse dividiendo la capacidad de refrigeración del sistema en refrigeración del sistema en TnTn de refrigeración de refrigeración entre el efecto refrigerante.entre el efecto refrigerante.

12

41

hh

hh

w

ERCOP

teRefrigeran Efecto

iónRefrigerac Capacidadm

Potencia mecánica del compresorPotencia mecánica del compresor

Es el trabajo de compresión por el caudal de refrigerante.Es el trabajo de compresión por el caudal de refrigerante.

Donde: N= Potencia requerida por el compresor HPDonde: N= Potencia requerida por el compresor HP

W = trabajo de compresión kJ/kgW = trabajo de compresión kJ/kg

m = caudal en masa kg/minm = caudal en masa kg/min

fe = factor de conversiónfe = factor de conversión

HP feWmN

Intercambiador de calorIntercambiador de calor

En la práctica, los En la práctica, los sistemas de sistemas de refrigeración utilizan un refrigeración utilizan un intercambiador de calor, intercambiador de calor, este intercambiador de este intercambiador de calor subenfría al líquido calor subenfría al líquido que sale del que sale del condensador utilizando condensador utilizando vapor procedente del vapor procedente del evaporador.evaporador.

Zona de subenfriamientoZona de subenfriamientoCorresponde a la zona entre la salida del Corresponde a la zona entre la salida del

condensador y la entrada a la válvula de condensador y la entrada a la válvula de expansión. En el diagrama p-h esta es:expansión. En el diagrama p-h esta es:

∆∆h=hh=h33-h-h44

Zona de sobrecalentamientoZona de sobrecalentamientoCorresponde a la zona entre la salida del Corresponde a la zona entre la salida del

evaporador y la entrada al compresor. En evaporador y la entrada al compresor. En el diagrama p-h esta es ∆h=hel diagrama p-h esta es ∆h=h11-h-h66..

Refrigeración DomésticaSon equipos frigórificos o congeladores Son equipos frigórificos o congeladores

donde el punto final del almacenamiento donde el punto final del almacenamiento de la mayoría de los alimentos es de de la mayoría de los alimentos es de conservar.conservar.

Refrigeración ComercialCorresponde a aplicaciones mas grandes, Corresponde a aplicaciones mas grandes, es decir manejar productos en cantidad, es decir manejar productos en cantidad, para comercializar.para comercializar.

2.5 Sistemas de presiones múltiples2.5 Sistemas de presiones múltiples

El sistema de presiones múltiples se El sistema de presiones múltiples se distingue de la presión única en que el distingue de la presión única en que el sistema de refrigeración trabaja con dos o sistema de refrigeración trabaja con dos o mas “bajas presiones”mas “bajas presiones”

Por ejemplo, en una lechería donde el Por ejemplo, en una lechería donde el evaporador funciona a - 35 ºC para evaporador funciona a - 35 ºC para endurecer el helado, mientras que otro endurecer el helado, mientras que otro evaporador trabaja a 1 ºC para enfriar la evaporador trabaja a 1 ºC para enfriar la leche, este sistema de refrigeración es de leche, este sistema de refrigeración es de presiones múltiples.presiones múltiples.

2.5.1 Separación de vapor saturado2.5.1 Separación de vapor saturado

Con esta técnica se obtiene Con esta técnica se obtiene un ahorro de la potencia un ahorro de la potencia necesaria en la necesaria en la refrigeración si el vapor refrigeración si el vapor saturado que se produce saturado que se produce al expandir el líquido al expandir el líquido refrigerante se separa y se refrigerante se separa y se comprime antes de la comprime antes de la expansión completa.expansión completa.

2.5.2 Enfriamiento intermedio con 2.5.2 Enfriamiento intermedio con refrigerante líquidorefrigerante líquido

En este sistema de dos etapas de compresión En este sistema de dos etapas de compresión se efectúa el economizado en trabajo por que se efectúa el economizado en trabajo por que reduce el trabajo de compresión.reduce el trabajo de compresión.

a) La presión intermedia es:a) La presión intermedia es:

La potencia total de compresión es:La potencia total de compresión es:

dsi ppp

2.5.3 Dos evaporadores y un 2.5.3 Dos evaporadores y un compresorcompresor

Ejemplo una empresa necesita refrigerar a Ejemplo una empresa necesita refrigerar a baja temperatura en un proceso industrial, baja temperatura en un proceso industrial, y que debe también proporcionar aire y que debe también proporcionar aire acondicionado a sus oficinas.acondicionado a sus oficinas.

2.5.4 Sistema en cascada2.5.4 Sistema en cascada

En la figura se muestra En la figura se muestra un ciclo en doble un ciclo en doble cascada en el que cascada en el que dos ciclos de dos ciclos de refrigeración por refrigeración por compresión de vapor compresión de vapor colocados en serie colocados en serie comparten un comparten un intercambiador de intercambiador de calor en calor en contracorriente.contracorriente.

2.6 Ciclo Real de Refrigeración por 2.6 Ciclo Real de Refrigeración por compresión de vaporcompresión de vapor

Un ciclo real de refrigeración por Un ciclo real de refrigeración por compresión de vapor difiere de uno ideal compresión de vapor difiere de uno ideal en varios aspectos, principalmente debido en varios aspectos, principalmente debido a las irreversibilidades que ocurren en a las irreversibilidades que ocurren en varios componentes.varios componentes.

2.6 Ciclo Real de Refrigeración por 2.6 Ciclo Real de Refrigeración por compresión de vaporcompresión de vapor

Diferencias esenciales entre el Diferencias esenciales entre el ciclo real y el estándarciclo real y el estándar

1.1. Caídas de presión en el condensador y en el Caídas de presión en el condensador y en el evaporador. El ciclo estándar supone que no evaporador. El ciclo estándar supone que no existe ninguna caída de presión en el existe ninguna caída de presión en el condensador ni en el evaporador, sin condensador ni en el evaporador, sin embargo, la presión del refrigerante cae en el embargo, la presión del refrigerante cae en el ciclo real.ciclo real.

2.2. En el sub-enfriamiento del líquido a la salida En el sub-enfriamiento del líquido a la salida del condensador, y en el sobrecalentamiento del condensador, y en el sobrecalentamiento del vapor a la salida del evaporador.del vapor a la salida del evaporador.

Diferencias esenciales entre el Diferencias esenciales entre el ciclo real y el estándarciclo real y el estándar

3. El subenfriamiento del líquido en el 3. El subenfriamiento del líquido en el condensador garantiza de que el cien porciento condensador garantiza de que el cien porciento de líquido entra a la válvula de expansión. El de líquido entra a la válvula de expansión. El recalentamiento del vapor ocurre en el recalentamiento del vapor ocurre en el evaporador, y está recomendado como evaporador, y está recomendado como precaución contra gotitas de líquido que podían precaución contra gotitas de líquido que podían llegar al compresor.llegar al compresor.

4. El ciclo real respecto del estándar no es 4. El ciclo real respecto del estándar no es isentrópica, y hay una perdida de rendimiento isentrópica, y hay una perdida de rendimiento debida a la fricción.debida a la fricción.

Ciclo Real de Refrigeración por Ciclo Real de Refrigeración por compresión de vapor según CoolPackcompresión de vapor según CoolPack

Puntos de EstadoPuntos de Estado

2.7 Selección del Refrigerante 2.7 Selección del Refrigerante adecuadoadecuado

Cuando se diseña un sistema de Cuando se diseña un sistema de refrigeración, existen varios refrigerantes refrigeración, existen varios refrigerantes que pueden elegirse, como amoniaco, que pueden elegirse, como amoniaco, hidrocarburos (propano, etano, etileno, hidrocarburos (propano, etano, etileno, etc) dióxido de carbono, aire (en etc) dióxido de carbono, aire (en acondicionamiento de aire de aviones).acondicionamiento de aire de aviones).

Una adecuada elección del refrigerante Una adecuada elección del refrigerante depende de la situación específica.depende de la situación específica.

REFRIGERANTES

2.8 Sistemas de bombas de calor2.8 Sistemas de bombas de calor

Las bombas de calor se instalan para Las bombas de calor se instalan para calefacción. La fuente de energía más calefacción. La fuente de energía más común para las bombas de calor es el aire común para las bombas de calor es el aire atmosférico (sistemas aire- aire), aunque atmosférico (sistemas aire- aire), aunque también se usan el agua. El principal también se usan el agua. El principal problema con los sistemas que utilizan problema con los sistemas que utilizan aire como fuente es la formación de aire como fuente es la formación de escarcha, que se muestra en los climas escarcha, que se muestra en los climas húmedos cuando la temperatura húmedos cuando la temperatura desciende debajo de 2 y 5 ºC.desciende debajo de 2 y 5 ºC.


El objetivo de una bomba de calor es El objetivo de una bomba de calor es mantener la temperatura dentro de una mantener la temperatura dentro de una vivienda u otro edificio por encima de la vivienda u otro edificio por encima de la temperatura ambiente, o proporcionar temperatura ambiente, o proporcionar calor a ciertos procesos industriales que calor a ciertos procesos industriales que tienen lugar a temperatura elevada.tienen lugar a temperatura elevada.


Los sistemas utilizados actualmente son del tipo de Los sistemas utilizados actualmente son del tipo de compresión de vapor. En una bomba de calor, compresión de vapor. En una bomba de calor, QQee

procede del ambiente y procede del ambiente y QQss se dirige a la vivienda se dirige a la vivienda

como efecto deseado.como efecto deseado.

El valor de El valor de ƔƔ nunca puede ser menor que la unidad nunca puede ser menor que la unidad

12

32

hh

hh

Wc

Qs


En los tipos mas comunes de bombas de En los tipos mas comunes de bombas de calor por compresión de vapor para calor por compresión de vapor para calefacción, el evaporador está calefacción, el evaporador está comunicado térmicamente con la comunicado térmicamente con la atmósfera. Este tipo de bomba de calor atmósfera. Este tipo de bomba de calor aire- aire también puede proporcionar aire- aire también puede proporcionar refrigeración en verano usando una refrigeración en verano usando una válvula de cuatro vías, como se ve en la válvula de cuatro vías, como se ve en la figura anterior.figura anterior.

Tema de interésTema de interés

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN CON GASSISTEMA DE REFRIGERACIÓN CON GAS

En los sistemas de refrigeración con gas, el En los sistemas de refrigeración con gas, el fluido de trabajo permanece siempre como fluido de trabajo permanece siempre como gas. Se utilizan para conseguir gas. Se utilizan para conseguir temperaturas muy bajas que permiten la temperaturas muy bajas que permiten la licuación de aire y otros gases y para licuación de aire y otros gases y para otras aplicaciones específicas tales como otras aplicaciones específicas tales como la refrigeración en cabinas de aviones.la refrigeración en cabinas de aviones.

Tema de interésTema de interés

LAS DIEZ REGLAS BASICAS DE SEGURIDADLAS DIEZ REGLAS BASICAS DE SEGURIDAD

1.Siga las instrucciones de seguridad, no se 1.Siga las instrucciones de seguridad, no se arriesgue, sino sabe pregunte.arriesgue, sino sabe pregunte.

2. Corrija o avise si comprueba que existan 2. Corrija o avise si comprueba que existan condiciones inseguras de trabajo.condiciones inseguras de trabajo.

3. Ayude a conservar todo limpio y en 3. Ayude a conservar todo limpio y en orden.orden.

4. Use las herramientas apropiadas para 4. Use las herramientas apropiadas para cada trabajo, úselas correctamente y con cada trabajo, úselas correctamente y con seguridad.seguridad.

5. Notifique toda lastimadura, solicite 5. Notifique toda lastimadura, solicite inmediatamente una primera cura.inmediatamente una primera cura.

LAS DIEZ REGLAS BASICAS DE SEGURIDADLAS DIEZ REGLAS BASICAS DE SEGURIDAD

6. Utilice, ajuste o efectué reparaciones en las 6. Utilice, ajuste o efectué reparaciones en las máquinas o equipos, solo cuando esté máquinas o equipos, solo cuando esté autorizado.autorizado.

7. Utilice el equipo protector establecido en su 7. Utilice el equipo protector establecido en su sección (o actividad).sección (o actividad).

8. No haga bromas ni chistes en el trabajo, evite 8. No haga bromas ni chistes en el trabajo, evite distraer a sus compañeros.distraer a sus compañeros.

9.Solicite ayuda cuando tenga que levantar cargas 9.Solicite ayuda cuando tenga que levantar cargas pesadas.pesadas.

10. Obedezca todas las normas de seguridad10. Obedezca todas las normas de seguridad

Un gran maestro es aquel cuyo espíritu Un gran maestro es aquel cuyo espíritu entra en las almas de sus alumnos.entra en las almas de sus alumnos.

John MiltonJohn Milton

capitulo 2 sistemas de refrigeraciÓn y bomba de calor por compresiÓn de vapor objetivo: describir...

Documents