ciclo de refrigeracion

1. CICLO DE REFRIGERACION CON GAS.
En esta oportunidad se analizara el ciclo de refrigeración con gas , en este ciclo el fluido de trabajo permanece siempre como gas. Los ciclos de refrigeración con gas tienen un numero importante de aplicaciones, se utilizan para conseguir temperaturas muy bajas que permiten la licuación de aire y otros gases y para otras aplicaciones especificas tales comola refrigeración de las cabinas de aviones .
El ciclo Brayton de refrigeración de gas , es mejor conocido como el ciclo de refrigeración de gas , por lo tanto explicaremos en primer lugar el ciclo de refrigeración de gas que utiliza un ciclo de Brayton inverso , el cual se puede observar en la siguiente (figura # 1 ) :

FIG #1. DIAGRAMA Ts CICLO BRAYTON DE REFRIGERACION.
El ciclo Brayton derefrigeración, es el inverso del ciclo Brayton cerrado de potencia.
Gracias a l a expansión adiabática de los gases puede utilizarse para producir un efecto de refrigeración . De la manera mas simple, se consigue utilizando un ciclo Brayton inverso. En la ( figura # 1 ) se muestra un diagrama Ts del ciclo Brayton inverso ideal.
En primer lugar se comprime el gas isentropicamente desde el estado1 al 2 , que esta a una temperatura relativamente alta comparada con la temperatura ambiente To. a continuación pasa por un cambiador de calor donde, en el limete , el gas puede enfriarse hasta la temperatura ambiente. ( En la practica el estado 3 puede estar unos 10 grados por encima del valor del ambiente ). El gas entra entonces a un dispositivo adiabático de expansión, como una turbina ,donde se obtiene trabajo y el gas se enfria hasta la temperatura T4, que esta considerablemente por debajo de la temperatura TB de la región fría. Por tanto , desde la región fría se transfiere calor al gas en un cambiador de calor. En el caso ideal , la temperatura del gas aumentara hasta TB , que es también T1 en el ciclo . Se supone que en el ciclo ideal de refrigeración por gas, el fluido realizael ciclo de forma internamente reversible. Funcionando en régimen estacionario, en ausencia de variaciones de energía cinetica y potencial , el balance energético para cada componente se reduce a :
Ecuacion (1).
Por lo tanto , las interacciones calor y trabajo de cada componente de la instalación , pueden evaluarse en función de las variaciones de entalpia durante el proceso.
Ahora ,consideramos el ciclo de refrigeración de gas, en la siguiente figura , (figura # 2 ).

FIG #2. CICLO DE REFRIGERACION DE GAS.
En el ciclo de refrigeración de gas ( fig #2 ) , ocurre el siguiente proceso :
El gas se comprime durante el proceso 1-2 . después se obtiene el gas a presión y a temperatura altas en el estado 2. Se enfria después a presión constante To al rechazar calor hacia losalrededores. Esto es segudio por un proceso de expansión, en una turbina, durante el cual la temperatura del gas disminuye hasta T4. Por ultimo , el gas frio absorbe calor del espacio refrigerado hasta que su temperatura se eleva hasta T1.
Todos los procesos recientemente descritos son internamente reversibles , y el ciclo ejecutado es el ciclo ideal de refrigeración de gas.
En los ciclos reales derefrigeración de gas, los procesos de comprensión y expansión se desviaran de los isentropicos y T3 sera mas alta que To a menos que el intercambiador de calor sea infinitamente largo.
En un diagrama T-s , el área bajo la curva del proceso 4-1 representa el calor removido del espacio refrigerado, el área encerrada 1-2-3-4-1 representa la entrada neta de trabajo.esto se puede observar en la ( FIG#1).
La relación de estas áreas es el COP para el ciclo, que se expresa como :
Ecuacion (2).
Donde :



El ciclo de refrigeración de gas se desvia del ciclo de CARNOT invertido debido a que los procesos de transferencia de calor no son isotérmicos , de hecho la temperatura del gas varia de manera considerable durante el proceso de transferencia de calor. En consecuencia los ciclos...