Maquinas frigorificas

MÁQUINAS FRIGORÍFICAS

Índice

1.- Introducción a las máquinas frigoríficas

2.- Sistemas de producción de frío

3.- Ciclo irreversible de Carnot

4.- Irreversibilidades y limitaciones del ciclo inverso de Carnot
4.1.- Ciclo de Carnot con gas
4.2.- Ciclo de Carnot con vapor condensable

5.- Refrigeración por compresión de gas (ciclo inverso de Brayton)
5.1.- Conclusiones delciclo de refrigeración de Brayton
5.2.- Variantes del ciclo de refrigeración de Brayton
5.2.1.- Ciclo inverso de Brayton con regenerador
5.2.2.- Ciclo de refrigeración abierto de Brayton

6.- Refrigeración por compresión de vapor (ciclo inverso de Rankine)
6.1.- Refrigerantes

7.- Refrigeración por absorción

1.- Introducción a las máquinas frigoríficas

Una máquina frigorífica esun tipo de máquina térmica generadora que transforma algún tipo de energía, habitualmente mecánica, en energía térmica para obtener y mantener en un recinto una temperatura menor que la temperatura exterior. La energía mecánica necesaria puede ser obtenida previamente a partir de otro tipo de energía, como la energía eléctrica mediante un motor eléctrico.
Esta transferencia se realiza mediante unfluido frigorígeno o refrigerante, que en distintas partes de la máquina sufre transformaciones de presión, temperatura y fase (líquida o gaseosa); y que es puesto en contacto térmico con los recintos para absorber calor de unas zonas y transferirlo a otras.
Una máquina frigorífica debe contener como mínimo los cuatro siguientes elementos:
• Compresor: Es el elemento que suministra energíaal sistema. El refrigerante llega en estado gaseoso al compresor y aumenta su presión.
• Condensador: El condensador es un intercambiador de calor, en el que se disipa el calor absorbido en el evaporador (más adelante)y la energía del compresor. En el condensador el refrigerante cambia de fase pasando de gas a líquido.
• Sistema de expansión : El refrigerante líquido entra en elDispositivo de expansión donde reduce su presión. Al reducirse su presión se reduce bruscamente su temperatura.
• Evaporador: El refrigerante a baja temperatura y presión pasa por el evaporador, que al igual que el condensador es un intercambiador de calor, y absorbe el calor del recinto donde esta situado. El refrigerante líquido que entra al evaporador se transforma en gas al absorber el calor delrecinto.

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Tanto en evaporador como en el condensador la transferencia energética se realiza principalmente en forma de calor latente.
Resumiendo, el evaporador absorbe el calor del recinto que queremos enfriar, el compresor aumenta la presión del refrigerante para facilitar la condensación posterior y posibilitar la circulación del fluido. La válvula de expansión reduce la presiónprovocando el enfriamiento del refrigerante.
Económicamente hablando, el mejor ciclo de refrigeración es aquel que extrae la mayor cantidad de calor (Q2) del foco frío (T2) con el menor trabajo (W). Por ello, se define la eficiencia o COP (que no rendimiento) de una máquina frigorífica como el cociente Q2/W:
Eficiencia [pic]
• Q2 Representa el calor extraído de la máquina frigorífica por losserpentines refrigerantes situados en su interior (congelador).
• W Es el trabajo realizado por el motor que acciona el compresor.
• Q1 Es el calor cedido a los serpentines (o radiador) refrigerantes exteriores (en la parte posterior del aparato y que se elimina al ambiente por una circulación de aire (natural o forzada con auxilio de un ventilador, caso de los aparatos de airerefrigerado).

2.- Sistemas de producción de frío

La producción de frío es básicamente un fenómeno endotérmico (absorción de calor), en donde la fuente de calor es el producto o el espacio a enfriar, lo que provoca el abatimiento de su temperatura. Existe una gran diversidad de métodos de producción de frío, los cuales en su mayoría están basados en la extracción de calor de un cuerpo o un espacio por...