UNIVERSIDAD CATÓLICA SANTO TORIBIO DE MOGROVEJO FACULTAD DE INGENIERÍA
ESCUELA DE INGENIERÍA INGENIERÍA INDUSTRIAL INDUSTRIAL
- ASIGNATURA
:
TERMODINÁMICA
- CICLO ACADÉMICO
:
IV
- CICLO DE ESTUDIOS ESTUDIOS
:
2016-II 201 6-II
- PROFESOR
:
ING. EDWIN JUÁREZ MARCHENA
- AUTORES
:
DENIS FERNANDO FERNAN DO LATORRE DIAZ
- FEHCA
:
28 DE FEBRERO DEL 2016
CICLOS DE REFRIGERACIÓN: CICLO DE CARNOT INVERTIDO OBJETIVOS.
Determinar los diferentes parámetros que rigen el comportamiento termodinámico de los ciclos de refrigeración. Analizar especialmente los sistemas del siclo de Carnot invertido “
”
INTRODUCCIÓN.
La refrigeración puede definirse como el arte de mantener un cuerpo a temperaturas inferiores a las de los alrededores, o bien como la extracción de calor de un lugar en el que es indeseable y su transferencia a otro lugar en el que no lo es. La historia de la refrigeración puede remontarse a cientos de años cuando el hielo natural proporcionaba el efecto de enfriamiento. La época de la refrigeración a gran escala se desarrolló por primera vez en el siglo XIX, y a mediados de los 1800 la cosecha, almacenamiento y envió de hielo natural se convirtió en una de las industrias más importantes de los estados de Nueva Inglaterra. Hacia finales del siglo XIX, la refrigeración mecánica se había convertido en un hecho práctico y la industria de la refrigeración tal como se conoce ahora ya había surgido. Junto con el uso de la refrigeración industrial para la preservación de alimentos, la producción química, las aplicaciones metalúrgicas, en medicina, entre otras, apareció otra faceta del proceso de refrigeración: el control de la temperatura y la humedad del ambiente, que se denomina comúnmente acondicionamiento de aire.
Existen varios sistemas de refrigeración que se utilizan en la práctica para llevar a cabo tal función:
Sistemas Sistemas Sistemas Sistemas
de refrigeración mecánica. de refrigeración por absorción. de refrigeración por vacío. de refrigeración por gas.
El ciclo d e Carnot ha servido para establecer los criterios de operación de los ciclos de potencia: el estudio del ciclo de Carnot invertido proporcionará la mayor parte de las limitaciones termodinámicas y los criterios de operación de los ciclos de refrigeración.
1.- CICLO DE CARNOT INVERTIDO. Recordar, que el siclo de Carnot es un siclo totalmente reversible que se compone de dos procesos isotérmicos reversibles y de dos procesos isetrópicos. Tiene la máxima eficiencia térmica para determinados límites de temperatura y sirve como estándar contra el cual los siclos de potencia reales se comparan. Puesto que es un siclo reversible, los cuatro procesos que comprenden en el siclo de Carnot pueden invertirse. Al hacerlo también se invertirán las direcciones de cualquier interacción de calor y de trabajo. El resultado es un siclo que opera en dirección contraria a las manecillas del reloj en el diagrama T-s, que se llama el siclo de Carnot invertido. Un refrigerador o bomba de calor que opera en el siclo de Carnot es definido un REFRIGERADOR DE CARNOT O BOMBA DE CALOR DE CARNOT. Considere un ciclo invertido de Carnot ejecutado dentro de la campana de saturación de un refrigerante, según lo muestra la figura 11-2. El refrigerante absorbe calor isotérmicamente de una fuente de baja temperatura a TL en la cantidad de QL (proceso 1-2), se comprime isentrópicamente hasta el estado 3 (La temperatura se eleva hasta TH), rechaza calor isotérmicamente en un sumidero de alta temperatura a TH en la cantidad de QH (proceso 3-4) y se expande isentrópicamente hasta el estado 1 (la temperatura desciende hasta TL). El refrigerante cambia de un estado de vapor saturado a un estado de líquido saturado en el condensador durante el proceso 3-4 .
Los coeficientes de desempeño de los refrigeradores y de las bombas de calor de Carnot se expresan en términos de la temperatura como:
Observe que ambos COP aumentan cuando la diferencia entre ambas temperaturas decrece, esto es, cuando TL se eleva o TH baja. El ciclo invertido de Carnot es el ciclo de refrigeración más eficiente que opera entre dos niveles específicos de temperatura. Por lo tanto, es natural considerarlo en primer lugar como un ciclo ideal esperado para los refrigeradores y las bombas de calor. Si pudiéramos, ciertamente podríamos adaptarlo como el ciclo ideal. No obstante, como se explica más adelante, el ciclo invertido de Carnot es un modelo inadecuado para los ciclos de refrigeración. Los dos procesos isotérmicos de transferencia de calor no son difíciles de alcanzar en la práctica dado que al mantener una presión constante automáticamente se fija la temperatura de una mezcla de dos fases en el valor de saturación. Por consiguiente, los procesos 1-2 y 3-4 pueden ser aproximados en los evaporadores y condensadores reales. Sin embargo, los procesos 2-3 y 4-1 no pueden aproximarse lo suficiente en la práctica. Esto se debe a que el proceso 2-3 incluye la compresión de un vapor húmedo que requiere un compresor que maneje dos fases, y el proceso 4-1 implica la expansión de un refrigerante con alto contenido de humedad en una turbina. En apariencia, estos problemas podrían eliminarse si se ejecuta el ciclo invertido de Carnot fuera de la región de saturación. Pero en este caso tenemos dificultades para mantener las condiciones isotérmicas durante los procesos de absorción y rechazo de calor. Por ello, concluimos que el ciclo invertido de Carnot no puede aproximarse en los dispositivos reales y no es un modelo realista para los ciclos de refrigeración. A pesar de ello, el ciclo invertido de Carnot sirve como un estándar contra el cual se comparan los ciclos reales de refrigeración.
PROBL EMA 11-3 EL CICLO DE CARNOT INVERTIDO-CENGEL
Un ciclo de Carnot de refrigeración de flujo estacionario usa refrigerante 134 a como fluido de trabajo. El refrigerante cambia de vapor saturado a líquido saturado a 40°C en el condensador, cuando rechaza calor. La presión del evaporador es de 100 KPA. Muestre el ciclo en un diagrama T-s en relación con las líneas de saturación y determine.
a) El coeficiente de desempeño. b) La cantidad de calor absorbido del espacio refrigerado. c) La entrada neta de trabajo.
