Ciclos refrigerantes

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REFRIGERADORES

Un ciclo termodinámico inverso busca lo contrario al ciclo termodinámico de obtención de trabajo. Se aporta trabajo externo al ciclo para conseguir que la transferencia de calor se produzca de la fuente más fría a la más caliente, al revés de como tendería a suceder naturalmente. Esta disposición se emplea en refrigeración.

REFRIGERADORES

La refrigeración se emplea paraextraer calor de un recinto, disipándolo en el ambiente. Se dice que hay refrigeración cuando la temperatura deseada es menor que la del ambiente.

Este servicio es de gran importancia en la industria alimentaria, para la licuación de gases y para la condensación de vapores.

La transferencia de calor de un medio de baja temperatura a uno de alta temperatura requiere de dispositivos especialesllamados refrigeradores; estos son dispositivos cíclicos cuyo fluido de trabajo se denomina refrigerante. Existen varias clases de procesos de refrigeración, pero por su difusión se destacan dos:

Ciclo de refrigeración por compresión de vapor (empleado con mayor frecuencia).

En este caso se consume energía mecánica en un compresor que comprime al fluido de trabajo evaporado que viene delevaporador (cámara fría) de modo que el calor que tomó el fluido refrigerante en el evaporador pueda ser disipado a un nivel térmico superior en el condensador. Luego de ello, el fluido pasa a un expansor, que es una simple válvula (orificio capilar) de modo que el fluido condensado a alta presión que sale relativamente frio del condensador al expandirse se vaporiza, con lo que se enfríaconsiderablemente ya que para ello requiere una gran cantidad de calor (dada por su calor latente de vaporización) que toma del recinto que esta refrigerando.

Y la refrigeración por absorción:

El calor que toma el fluido refrigerante a baja temperatura y presión es cedido a temperatura intermedia y alta presión luego de haber evaporado de una solución por medio de un calentamiento. Se diferencia delanterior por no requerir energía mecánica y se puede usar cualquier fuente de calor que resulte económica.

Ambos tipos producen una región fría por evaporación de un fluido refrigerante a baja temperatura y presión. Esto sólo puede ser posible si se hace un trabajo sobre el refrigerador. Por lo tanto, se ve que el refrigerador transfiere calor del cuerpo más frío (el contenido delrefrigerador) a un cuerpo más caliente (el cuarto).

Un esquema típico es como el siguiente:

En este sistema el fluido refrigerante hace un ciclo en el cual pasa por:

Un condensador, en donde se halla a alta presión a una temperatura tan baja como el fluido de enfriamiento pueda lograr. Generalmente el refrigerante es de tal naturaleza que a esta temperatura y presión se halla como líquido saturado.Este líquido saturado, al pasar por un estrangulamiento tiene lugar un enfriamiento y una vaporización parcial.

En el evaporador, se completa la evaporación total del fluido refrigerante produciendo con ello la refrigeración que se busca.

Este vapor es luego comprimido en un proceso aproximadamente isoentrópico. Aumenta así su temperatura y se halla en la condición de vaporsobrecalentado ingresando nuevamente al condensador para completar el ciclo.

La diferencia con un Ciclo de Carnot invertido, es que la evaporación no es isoentrópica, puesto que ocurre en una restricción en donde el proceso es isoentálpico, espontáneo y por ello fuertemente irreversible.

Las otras dificultades de este ciclo real, son las irreversibilidades debidas a procesos involucrados en lasturbulencias, en la fricción, en la transferencia de calor con gradientes finitos de temperatura, etc.

No obstante, mientras mayor es la relación de compresión mayor es la eficacia del compresor. La eficiencia de un refrigerador se expresa en términos del coeficiente de operación (COPrefrigerador). El objetivo de un refrigerador es extraer la mayor cantidad posible de calor de una fuente que está...
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