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Publicado: 11 de junio de 2014
La refrigeración es una de las principales áreas de aplicación de la termodinámica que es la transferencia de calor de una región de temperatura inferior hacia una mayor. El ciclo de refrigeración más utilizado es por compresión de vapor, donde el refrigerante se evapora y se condensa internamente, para después comprimirse en la fase de vapor. Otro ciclo utilizado es el ciclo de refrigeraciónde gas en el que todo el tiempo el refrigerante está en estado gaseoso. Hay otros tipos de ciclos como es de cascada que incluye el de absorción y el de termoeléctrica.
Refrigeradores y bombas de calor
Se sabe que el calor fluye en la dirección de las temperaturas decrecientes esta transferencia ocurre en la naturaleza sin que se requiera la utilización de algún dispositivo, sin embargo elproceso inverso no ocurre por sí mismo. Para que ocurra esta transferencia se utilizan los refrigeradores
Los refrigeradores son dispositivos cíclicos y utilizan refrigerantes como fluidos de trabajo. En la imagen se muestra de manera esquemática un refrigerador.
En este caso, QL es la magnitud del calor extraído del espacio refrigerado a la temperatura TL; QH es la magnitud del calor rechazadohacia el espacio caliente a temperatura TH, y Wneto, entrada es la entrada neta de trabajo al refrigerador. Como se analizó en el capítulo 6, QL y QH representan magnitudes, y por ello son cantidades positivas.
Otro dispositivo que transfiere calor de un medio de baja temperatura a uno de alta temperatura es la bomba de calor. Los refrigeradores y las bombas de calor son esencialmente lo mismo;únicamente difieren en sus objetivos. El objetivo de un refrigerador es mantener el espacio refrigerado a una temperatura baja al extraer el calor de él. La descarga de este calor a un medio de temperatura alta es una parte necesaria de la operación, no es el propósito. No obstante, el objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio calentado a alta temperatura. Esto se logra al absorber calorde una fuente de baja temperatura, como el agua de un pozo o el aire exterior frío en el invierno, y al suministrar este calor a un medio más caliente.
El desempeño de refrigeradores y de bombas de calor se expresa en términos del coeficiente de desempeño (COP), por sus siglas en inglés (coefficient of peformance), definido como
Estas relaciones también pueden expresarse en la forma de tasasustituyendo las cantidades QL, QH y Wneto,entrada por Q .L, Q .H, y W.neto,entrada, respectivamente. Observe que tanto COPR como COPBC pueden ser mayores que 1.
Una comparación de las ecuaciones 11-1 y 11-2 revela que
Para valores fijos de QL y QH. Esta relación implica que COPBC _ 1 puesto que COPR es una cantidad positiva.
La cantidad de un sistema de refrigeración que puede congelar 1tonelada (2 000 lbm) de agua líquida a 0 °C (32 °F) en hielo a 0 °C en 24 horas será 1 tonelada. Una tonelada de refrigeración es equivalente a 211 kJ/min o 200 Btu/min. La carga de refrigeración de una residencia típica de 200 m2 está en el intervalo de 3 toneladas (10 kW).
El ciclo investido de Carnot
Un refrigerador o bomba de calor que opera en el ciclo invertido de Carnot es definido comoun refrigerador de Carnot o una bomba de calor de Carnot.
Los coeficientes de desempeño de los refrigeradores y de las bombas de calor de Carnot se expresan en términos de la temperatura como
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 dedos 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...
La refrigeración es una de las principales áreas de aplicación de la termodinámica que es la transferencia de calor de una región de temperatura inferior hacia una mayor. El ciclo de refrigeración más utilizado es por compresión de vapor, donde el refrigerante se evapora y se condensa internamente, para después comprimirse en la fase de vapor. Otro ciclo utilizado es el ciclo de refrigeraciónde gas en el que todo el tiempo el refrigerante está en estado gaseoso. Hay otros tipos de ciclos como es de cascada que incluye el de absorción y el de termoeléctrica.
Refrigeradores y bombas de calor
Se sabe que el calor fluye en la dirección de las temperaturas decrecientes esta transferencia ocurre en la naturaleza sin que se requiera la utilización de algún dispositivo, sin embargo elproceso inverso no ocurre por sí mismo. Para que ocurra esta transferencia se utilizan los refrigeradores
Los refrigeradores son dispositivos cíclicos y utilizan refrigerantes como fluidos de trabajo. En la imagen se muestra de manera esquemática un refrigerador.
En este caso, QL es la magnitud del calor extraído del espacio refrigerado a la temperatura TL; QH es la magnitud del calor rechazadohacia el espacio caliente a temperatura TH, y Wneto, entrada es la entrada neta de trabajo al refrigerador. Como se analizó en el capítulo 6, QL y QH representan magnitudes, y por ello son cantidades positivas.
Otro dispositivo que transfiere calor de un medio de baja temperatura a uno de alta temperatura es la bomba de calor. Los refrigeradores y las bombas de calor son esencialmente lo mismo;únicamente difieren en sus objetivos. El objetivo de un refrigerador es mantener el espacio refrigerado a una temperatura baja al extraer el calor de él. La descarga de este calor a un medio de temperatura alta es una parte necesaria de la operación, no es el propósito. No obstante, el objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio calentado a alta temperatura. Esto se logra al absorber calorde una fuente de baja temperatura, como el agua de un pozo o el aire exterior frío en el invierno, y al suministrar este calor a un medio más caliente.
El desempeño de refrigeradores y de bombas de calor se expresa en términos del coeficiente de desempeño (COP), por sus siglas en inglés (coefficient of peformance), definido como
Estas relaciones también pueden expresarse en la forma de tasasustituyendo las cantidades QL, QH y Wneto,entrada por Q .L, Q .H, y W.neto,entrada, respectivamente. Observe que tanto COPR como COPBC pueden ser mayores que 1.
Una comparación de las ecuaciones 11-1 y 11-2 revela que
Para valores fijos de QL y QH. Esta relación implica que COPBC _ 1 puesto que COPR es una cantidad positiva.
La cantidad de un sistema de refrigeración que puede congelar 1tonelada (2 000 lbm) de agua líquida a 0 °C (32 °F) en hielo a 0 °C en 24 horas será 1 tonelada. Una tonelada de refrigeración es equivalente a 211 kJ/min o 200 Btu/min. La carga de refrigeración de una residencia típica de 200 m2 está en el intervalo de 3 toneladas (10 kW).
El ciclo investido de Carnot
Un refrigerador o bomba de calor que opera en el ciclo invertido de Carnot es definido comoun refrigerador de Carnot o una bomba de calor de Carnot.
Los coeficientes de desempeño de los refrigeradores y de las bombas de calor de Carnot se expresan en términos de la temperatura como
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 dedos 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...
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