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

14

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

14

Compresión: 1 – 2

2

14

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

14

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