presentación conducción teorica

Fundamentos te’oricos

2. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
2.1. El ciclo frigorífico
2.1.1. Ciclo de Carnot. Definiciones.
La máquina frigorífica de Carnot toma calor de un foco frío a temperatura Tf y tras un
aporte de trabajo externo, cede calor a un foco caliente a temperatura Tc.

Figura 2.1: Máquina frigorífica de Carnot.

En el Ciclo de Carnot representado en un diagrama Temperatura-Entropía,se puede
apreciar el trabajo que hay que aportar y el efecto frigorífico que se obtiene:

Figura 2.2 : Diagrama Temperatura –Entropía del Ciclo de Carnot.

Los procesos que tienen lugar durante el ciclo son:
-

Proceso 1-2: Compresión isentrópica (adiabática y reversible).

-

Proceso 2-3: Transformación isoterma, una expulsión de calor a temperatura

constante.

Fundamentosteóricos

-

Proceso 3-4: Expansión isentrópica.

-

Proceso 4-1:Transformación isoterma, absorción de calor.

Estos cuatro procesos que componen el ciclo de Carnot son termodinámicamente
reversibles. La absorción de calor se lleva a cabo a través de un evaporador, y la
expulsión de calor al exterior se lleva a cabo a través de un condensador.
En la siguiente figura se representa el ciclopropio de refrigeración.

3

expulsión de calor

2

turbina
compresor

4

1
Absorcion de calor

Figura 2.3. Ciclo de refrigeración de Carnot.

El objetivo del ciclo es la absorción de calor y como consecuencia el enfriamiento de la
fuente a baja temperatura. Al ser los cuatro procesos que lo integran reversibles, la
eficiencia de este ciclo es más alta que la que se encuentraen su proceso real. De este
ciclo, el dato más importante que se puede obtener es que proporciona la eficiencia
mayor operando entre dos temperaturas dadas.
En el ciclo frigorífico, para medir la eficiencia se define el COP (Coefficient of
performance), como el cociente entre el efecto frigorífico útil y la potencia empleada para
conseguirlo. La eficiencia es mayor cuanto mayor es el COP yaque, dada una cierta
refrigeración útil deseada, cuanto mayor sea el COP del ciclo menor será la potencia
requerida.

COP =

Qf
Pc

donde:
Qf es la potencia frigorífica
Pc es la potencia absorbida por el compresor.
En el ciclo de Carnot sin irreversibilidades, se cumple:

Fundamentos teóricos

COP =

Tf
Tc − T f

donde:
T f, indica la temperatura del foco frío.
Tc,, indica latemperatura del foco caliente.
Por tanto, el COP aumentará, cuando la temperatura del foco frío (temperatura de
evaporación) aumente.

2.1.2 Ciclo estándar
El ciclo de Carnot, tal como se ha descrito anteriormente y representado en un diagrama
Temperatura –entropía, queda como indica la siguiente figura. Se puede observar que
los procesos tienen lugar en la zona de vapor húmedo.temperatura

3

2

4

1
Presión constante
entropía

Figura 2.4: Ciclo de refrigeración sobre un diagrama presión
entropía.

El ciclo estándar de refrigeración se consigue a través de las revisiones del ciclo de
Carnot, las cuales dan un ciclo más próximo al comportamiento real.
Las diferencias que presenta este ciclo con el de Carnot son las siguientes:
-

Las temperaturas deevaporación y de condensación no coinciden con las de los focos

frío y caliente.
Para que se pueda realizar una transferencia de calor, en los procesos reales es necesario
que exista una diferencia de temperaturas entre los dos medios que están intercambiando

Fundamentos teóricos

calor. Lo que quiere decir esto, es que la temperatura del foco frío debe ser algo mayor
que la temperatura deevaporación y la temperatura de condensación deberá ser algo
mayor que la del foco caliente para que se produzcan los flujos de calor correspondientes.
A diferencia del ciclo de Carnot, ambos procesos son irreversibles. Esto, además,
establece unos límites en los valores que pueden tomar estas temperaturas, limitando así
el valor máximo del COP.

Figura 2.5: Diagrama Temperatura-Entropía del...