SISTEMAS DE REFRIGERACION POR COMPRESIÓN DE VAPOR 1. INTRODUCCIÓN Propiedades Termodinámicas Primera Ley de la Termodinámica Segunda Ley de la Termodinámica Energía Interna Entalpía Entropía
2. CICLO TERMODINAMICO ESTANADAR DE COMPRESIÓN DE VAPOR El ciclo de Carnot en una máquina a térmica ya nos es familiar desde los estudios de termodinámica. La máquina térmica de Carnot está representada esquemáticamente en la Figura 2-1.
2. CICLO TERMODINAMICO ESTANADAR DE COMPRESIÓN DE VAPOR
2.2. CICLO TERMODINAMICO ESTANADAR DE COMPRESIÓN DE VAPOR
3 Coeficiente de funcionamiento Para poder evaluar el grado de bondad del funcionamiento de un sistema de refrigeración, debe definirse un término que exprese su efectividad. La idea del índice de funcionamiento del ciclo de refrigeración es la misma que la idea que se tiene prácticamente del rendimiento, es así que el índice de funcionamiento en el ciclo de refrigeración se llama coeficiente de funcionamiento, está definido por:
4. CICLO ESTANDAR DE COMPRESIÓN DE VAPOR El ciclo estándar de compresión de vapor se muestra en la figura 3.2. Los procesos que comprende el ciclo estándar de compresión son:
Diagrama de Mollier
Análisis de los procesos Proceso de compresión (1-2)
Donde Q=0 por ser la compresión adiabática
El signo (-)sig. Trabajo entregado al sistema
Proceso de condensación (2-3) Calor rechazado
Donde W=0
El calor h3-h2 es negativo, lo que expresa que el calor es cedido por el refrigerante. El valor del calor cedido se necesita para el cálculo de las dimensiones del condensador y del caudal necesario del líquido refrigerante en el condensador.
Proceso de expansión (3-4)
Donde: Q=0 y W=0
Proceso a entalpía constante. Este proceso se realiza en la válvula de expansión termostática en un sistema comercial e industrial.
Proceso de evaporación (4-1)
Donde W=0
Efecto refrigerante.- El efecto refrigerante es el calor puesto en juego en el proceso 4-1. ER = h1 – h4
Coeficiente de funcionamiento El coeficiente de funcionamiento o de operación es:
Caudal en masa.- el caudal del refrigerante puede calcularse dividiendo la capacidad de refrigeración del sistema en kcal/min por Tn entre el efecto refrigerante.
Potencia mecánica del compresor
Es el trabajo de compresión por el caudal de refrigerante.
Donde: N= Potencia requerida por el compresor HP W = trabajo de compresión kCal/kg m = caudal en masa kg/min fe = factor de conversión
Ejemplo 1. Un ciclo estándar de compresión de vapor desarrolla 0.75 Tn de refrigeración usando R-12 como refrigerante y funcionando con una temperatura de condensación de 40 ºC y una temperatura de evaporación de -5 ºC Calcular: El efecto refrigerante en kCal/kg El coeficiente de funcionamiento El caudal en masa de refrigerante, en kg/min La potencia necesaria del compresor, en HP
solución Trazar el ciclo, en el diagrama de Mollier (presión-entalpía) Los valores de las entalpías son: h1=45 kcal/kg h2=50 kcal/kg h3 =h4= 17 kcal/kg a)Efecto refigerante ER=h1-h4=28 kcal/kg
Intercambiador de calor En la práctica, los sistemas de refrigeración utilizan un intercambiador de calor, este intercambiador de calor subenfría al líquido que sale del condensador utilizando vapor procedente del evaporador.
Zona de subenfriamiento Corresponde a la zona entre la salida del condensador y la entrada a la válvula de expansión. En el diagrama p-h esta es: h3-h4 Zona de sobrecalentamiento Corresponde a la zona entre la salida del evaporador y la entrada al compresor. En el diagrama p-h esta es h1-h6.
5 Sistemas de presiones múltiples El sistema de presiones múltiples se distingue de la presión única en que el sistema de refrigeración trabaja con dos o mas “bajas presiones” Por ejemplo, en una lechería donde el evaporador funciona a – 35 ºC para endurecer el helado, mientras que otro evaporador trabaja a 1 ºC para enfriar la leche, este sistema de refrigeración es de presiones múltiples.
5.1 Separación de vapor saturado Con esta técnica se obtiene un ahorro de la potencia necesaria en la refrigeración si el vapor saturado que se produce al expandir el líquido refrigerante se separa y se comprime antes de la expansión completa.
5.2 Enfriamiento intermedio con refrigerante líquido En este sistema de dos etapas de compresión se efectúa el economizado en trabajo por que reduce el trabajo de compresión.
5.3 Dos evaporadores y un compresor Ejemplo una empresa necesita refrigerar a baja temperatura en un proceso industrial, y que debe también proporcionar aire acondicionado a sus oficinas.
5.4 Sistema en cascada En la figura se muestra un ciclo en doble cascada en el que dos ciclos de refrigeración por compresión de vapor colocados en serie comparten un intercambiador de calor en contracorriente.
Ejemplo Un sistema de refrigeración de dos etapas, dos compresores y un depósito separador de líquido-vapor, el refrigerante es R-134a (tetrafluoretano) debe pasar por el evaporador a – 32 ºC a la temperatura de condensación es de 40 ºC, si la capacidad de refrigeración tiende a 25 Tn. Calcular: La presión intermedia y la potencia total de compresión El coeficiente de operación Dibuje el diagrama de flujo y el diagrama de presión entalpía
Diagrama de flujo y diagrama p-h
TABLA DE PROPIEDADES TERMODINÁMICAS
a) La presión intermedia es: La potencia total de compresión es:
Ciclo Real de Refrigeración por compresión de vapor Un ciclo real de refrigeración por compresión de vapor difiere de uno ideal en varios aspectos, principalmente debido a las irreversibilidades que ocurren en varios componentes.
Ciclo Real de Refrigeración por compresión de vapor
6 Selección del Refrigerante adecuado Cuando se diseña un sistema de refrigeración, existen varios refrigerantes que pueden elegirse, como amoniaco, hidrocarburos (propano, etano, etileno, etc) dióxido de carbono, aire (en acondicionamiento de aire de aviones). Una adecuada elección del refrigerante depende de la situación específica. REFRIGERANTES
Sistemas de bombas de calor Las bombas de calor se instalan para calefacción. La fuente de energía más común para las bombas de calor es el aire atmosférico (sistemas aire- aire), aunque también se usan el agua. El principal problema con los sistemas que utilizan aire como fuente es la formación de escarcha, que se muestra en los climas húmedos cuando la temperatura desciende debajo de 2 y 5 ºC.
Sistemas de bombas de calor El objetivo de una bomba de calor es mantener la temperatura dentro de una vivienda u otro edificio por encima de la temperatura ambiente, o proporcionar calor a ciertos procesos industriales que tienen lugar a temperatura elevada.
Sistemas de bombas de calor
Sistemas de bombas de calor Los sistemas utilizados actualmente son del tipo de compresión de vapor. En una bomba de calor, Qe procede del ambiente y Qs se dirige a la vivienda como efecto deseado.
El valor de ? nunca puede ser menor que la unidad
Sistemas de bombas de calor
Sistemas de bombas de calor En los tipos mas comunes de bombas de calor por compresión de vapor para calefacción, el evaporador está comunicado térmicamente con la atmósfera. Este tipo de bomba de calor aire- aire también puede proporcionar refrigeración en verano usando una válvula de cuatro vías, como se ve en la figura anterior.
Tema de interés SISTEMA DE REFRIGERACIÓN CON GAS En los sistemas de refrigeración con gas, el fluido de trabajo permanece siempre como gas. 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 en cabinas de aviones.
Tema de interés
LAS DIEZ REGLAS BASICAS DE SEGURIDAD 1.Siga las instrucciones de seguridad, no se arriesgue, sino sabe pregunte. 2. Corrija o avise si comprueba que existan condiciones inseguras de trabajo. 3. Ayude a conservar todo limpio y en orden. 4. Use las herramientas apropiadas para cada trabajo, úselas correctamente y con seguridad. 5. Notifique toda lastimadura, solicite inmediatamente una primera cura.
LAS DIEZ REGLAS BASICAS DE SEGURIDAD 6. Utilice, ajuste o efectué reparaciones en las máquinas o equipos, solo cuando esté autorizado. 7. Utilice el equipo protector establecido en su sección (o actividad). 8. No haga bromas ni chistes en el trabajo, evite distraer a sus compañeros. 9.Solicite ayuda cuando tenga que levantar cargas pesadas. 10. Obedezca todas las normas de seguridad