EL CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR V APOR
El ciclo de Carnot invertido invertido no es práctico para comparar el ciclo real de refrigeración. Sin embargo es conveniente que se pudieran aproximar los procesos de suministro y disipación de calor a temperatura constante para alcanzar el mayor valor posible del coeficiente de rendimiento.
Esto se logra al operar una máquina frigorífica frigoríf ica con un ciclo de compresión de vapor . En la Figura se muestra el esquema del equipo para tal ciclo, junto con diagramas
T-s
y P-h del ciclo ideal.
El vapor saturado en el estado sobrecalentado en el estado
. 2
1
se comprime isentrópicamente isentrópicamente a vapor
El vapor refrigerante entra a un condensador, de
donde se extrae calor a presión constante hasta que el fluido se convierte en líquido saturado en el estado
. Para 3
que el fluido regrese a presión más baja, se
expande adiabáticamente ( adiabáticamente (proceso isoentálpico) en una válvula o un tubo capilar hasta el estado 4.
El proceso 3-4 es una estrangulación estrangulaci ón y h3 = h4. En el estado 4, el refrigerante es una mezcla húmeda de baja calidad. Finalmente, pasa por el evaporador a presión constante.
De la fuente de baja temperatura entra calor al evaporador, convirtiendo el fluido en vapor saturado y se completa el ciclo.
Observe que todo el proceso 4-1 y una gran parte del proceso 2-3 ocurren a temperatura constante.
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A diferencia de muchos otros ciclos ideales, el ciclo de compresión de vapor contiene un proceso irreversible que es el proceso de estrangulación estrangulación.. Se supone que todas las demás partes del ciclo son reversibles.
La capacidad de los sistemas de refrigeración refrigeraci ón se expresa con base a las toneladas de refrigeración (TON) que proporciona la unidad al operarla en las condiciones de diseño.
Una tonelada de refrigeración se define como la rapidez de extracción de calor de la región fría (o la rapidez de absorción de calor por el fluido que pasa por el evaporador) a razón de 211 kJ/min o 200 Btu/min.
El coeficiente de rendimiento de rendimiento de un refrigerador se se expresa como
El coeficiente de rendimiento de una bomba de calor se se expresa como
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PROCESO DE COMPRESIÓN REAL
El proceso de compresión real incluirá efectos efectos de fricción fricció n los cuales incrementan la entropía y la transferencia de calor, lo cual puede aumentar o disminuir la entropía.
En un ciclo real puede ocurrir que el refrigerante se sobrecaliente un poco en la entrada del compresor y se subenfría en la salida del condensador. Además el compresor no es isentrópico. Esto se observa en la Figura.
PROBLEMAS 1. Un ciclo sencillo de refrigeración refrig eración que utiliza amoníaco como sustancia de trabajo, necesita mantener un espacio refrigerado a 0°C. El ambiente que rodea al condensador está a 38°C. Considere vapor saturado a la entrada del compresor y líquido saturado a la salida del condensador. La eficiencia adiabática del compresor es el del 100%. Determine el coeficiente de realización de este ciclo.
2. Al compresor de un refrigerador entran 0.04 0.04 kg/s de refrigerante 12 como vapor vapor sobrecalentado a 0.15 MPa y –10ºC, saliendo a 0.7 Mpa. El refrigerante se enfría en el condensador hasta 25ºC y se estrangula en la válvula. Considere que la
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3. Las presiones en el evaporador y en el condensador de una planta frigorífica de 18 kJ/s en el evaporador, que opera con refrigerante 12, son 0.2 y 0.7 Mpa, respectivamente. Para el ciclo ideal, el fluido entra al compresor como un vapor saturado y en el condensador no ocurre subenfriamiento. Calcular: a. La temperatura del fluido que sale del compresor isentrópico isentr ópico en grados Celsius. b. El coeficiente de rendimiento c. La entrada de potencia en kilovatios.
4. Un refrigerador emplea refrigerante 12 como fluido de trabajo y opera en un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor entre 0.1237 MPa y 0.7449 MPa. El flujo másico del refrigerante es 0.05 kg/s. Determine: a. La remoción de calor del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor. b. El calor rechazado al ambiente. c. El coeficiente de rendimiento o performance.
