1. CICLO REAL FRIGORÍFICO
El ciclo frigorífico que describe el refrigerante en una maquina real difiere considerablemente del ciclo teórico que hemos estudiado. Las causas son varias, entre las cuales podemos destacar las siguientes: La compresión no es isentrópica. Perdidas de carga en los elementos: Línea de descarga, Condensador, Línea de líquido, Evaporador, Línea de aspiración y Elementos auxiliares.
1.1 Compresión politrópica
En la práctica, la compresión del gas no es isentrópica ya que existe un aumento de entropía en el compresor debido a que el rendimiento del compresor no es ideal existiendo unas perdidas en el trabajo del compresor y, por tanto, se aleja de la línea iséntropa en el diagrama de Mollier lo que trae consigo un aumento del trabajo de compresión como vemos en la figura 1, donde la compresión ideal es el tramo 1 – 2 y la compresión real el 1 – 2’. Dicha compresión se denomina politrópica y sigue la siguiente ley:
P × V k = cte donde K es el coeficiente de compresión politrópica y se acerca más a 1 cuanto más elevada sea la evacuación de calor en la compresión, es decir, la compresión politrópica se acerca tanto más a la ideal cuanto más efectiva sea la refrigeración del compresor.
Fig. 1: Aumento del trabajo del compresor en el ciclo frigorífico real
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1.2 Perdidas de carga
La circulación de cualquier fluido en el interior de una tubería da lugar a pérdidas de carga, o pérdidas de presión cuyo valor depende de varios factores:
Al fluido en circulación (velocidad, viscosidad, densidad) A las tuberías por donde circula dicho fluido (naturaleza del tubo, rugosidad de la tubería, cambios de secciones, cambios de dirección y valvulería) A los accesorios colocados en la tubería, grifos, codos, etc.…
Estas pérdidas de carga se traducen en un continuo descenso de la presión del fluido en circulación a lo largo de su recorrido. En la figura 2 se ha representado un ciclo frigorífico teórico en color verde, denominado 1’ – 2’ – 3’ – 4’, y un ciclo real denominado 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7, en el que se muestran:
Tramo 1-2: Compresión politrópica Tramo 2-3: Pérdidas en la línea de descarga Tramo 3-4: Pérdidas en el condensador Trama 4-5: Pérdidas en la línea de líquido Tramo 5-6: Expansión adiabática Tramo 6-7: Perdidas en el evaporador Tramo 7-1: Perdidas en la tubería de aspiración
Fig. 2: Modificación del ciclo frigorífico con las caídas de presión
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Fig. 3: Diagrama de Mollier para un caso real con refrigerante R-404A.
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Pérdidas de carga en la tubería de aspiración: En esta parte del circuito es donde los efectos de las pérdidas de carga son más acusados para el rendimiento de la máquina. La caída de presión en este tramo ocasiona: •
La aspiración del compresor tiene lugar en el punto 1 a una presión menor que en el ciclo teórico (punto 1’).
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El volumen específico de los vapores aspirados en el punto 1 es mayor que el de la aspiración teórica, en el punto 1’, a la misma temperatura.
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Como el punto de aspiración se traslada a la derecha, es previsible el aumento en el trabajo de compresión.
Normalmente, la caída de presión en un evaporador bien diseñado es de 0,14 a 0,21 bar y sería ideal que la tubería del tramo de aspiración sea diseñada de manera que la caída de presión no acuse una disminución mayor de 1°C en la temperatura de saturación.
Pérdidas de carga en la tubería de descarga: La presión en la descarga real, representada por el punto 2, es mayor que la presión de condensación, que sería la presión de descarga en el ciclo teórico y está representada por el punto 2’. Este aumento en la presión de descarga, unido al descenso de la presión de aspiración, aumenta el valor de la relación de compresión y ocasiona una disminución del rendimiento volumétrico, aumento de la temperatura de descarga y aumento del trabajo de compresión. En teoría, las pérdidas de carga en la tubería de descarga no deben exceder los 0,15 bar, pero igual que ocurría en la aspiración se admiten pérdidas mayores si son necesarias velocidades de gas elevadas para arrastrar el aceite y evitar su decantación.
Pérdidas de carga en la tubería de líquido: Son las más peligrosas para el buen funcionamiento práctico de la máquina, pues si son excesivamente acusadas pueden ocasionar la llegada de burbujas de vapor a la válvula de expansión y como ya es sabido producir una mala alimentación de fluido refrigerante al evaporador. Se observa en el diagrama que el punto teórico 3’ de entrada a la válvula de expansión se convierte en realidad en el punto 4, que está muy cercano a la curva de Andrews. Si llegara a rebasarla, se tendría ya burbujas de vapor a la entrada de la válvula. Las nefastas consecuencias del flash–gas se evitan operando con un subenfriamiento adecuado. Las pérdidas de carga en la línea de líquido no deben sobrepasar los 0,35 bar en total, aunque siempre asegurando la circulación del aceite en las mismas.
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