Refrigeracion

CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR

• Una máquina frigorífica de compresión de vapor consta de los siguientes elementos:
← Un compresor que utiliza una energía mecánica para aumentar la presión del vapor. El vapor de baja presión formado en el evaporador se introduce en el compresor, donde aumenta su presión y pasa al condensador.
← Un condensador donde elrefrigerante pasa de vapor sobrecalentado a liquido saturado, desprendiendo calor a sus proximidades.
← Un dispositivo estrangulador del líquido saturado que retorna a las condiciones de presión iniciales.
← Un evaporador que intercambia calor entre la zona a refrigerar (Ta) y el liquido de refrigeración que tiene a las condiciones de presión anterirores una temperatura de saturación (Ts)inferior a la de la zona a refrigerar, de modo que aumenta su título absorbiendo calor de dicha zona.

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• En el diagrama T-s puede observarse los cambios que tienen lugar en cada etapa, Si el proceso es reversible la etapa de compresión se realizará a través de la línea isoentrópica 1-2s. Si no lo es seguirá bien la 1-2' o 1-2 según aumente o disminuya la entropía (se pueden darlos dos casos, dependiendo de las contribuciones relativas de la fricción frente a la transferencia de calor). Pasamos a comentarlos uno a uno:

← 1-2 Consiste en una compresión que transforma el refrigerante desde vapor saturado a vapor sobrecalentado, llevándolo hasta la presión de entrada en el condensador.
← 2-3 Cambio internamente reversible, a presión constante, en el quese extrae calor del refrigerante hasta que llega al estado de líquido saturado.
← 3-4 Descompresión a través de una válvula de expansión, en la que el liquido saturado pasa a vapor húmedo, bajando su presión hasta la adecuada para el evaporador.
← 4-1 Cambio internamente reversible, a presión constante. en el que el líquido absorbe calor del foco a enfriar aumentando su título hastala unidad.

• En el proceso antes descrito se producen los siguientes intercambios de energia.
← 1-2 Entra trabajo al sistema que se utiliza para aumentar la presión del fluido-
← 2-3 Intercambio de calor. El refrigerante cede calor al foco caliente (cuya temperatura es menor que la de condensación del fluido de trabajo).
← 3-4 En esta etapa si dispuseramos de unaturbina, podríamos utilizarla para extraer trabajo del sistema gracias a la expansión del refrigerante. Sin embargo esto no resulta rentable y por ello se prefiere utilizar una simple válvula de expansión que no aporta trabajo alguno.
← 4-1 Intercambio de calor. El refrigerante absorbe calor del foco frío (zona que queremos refrigerar (cuya temperatura es mayor que la de saturación del fluidode trabajo).

• El refrigerante debe tener una temperatura de saturación inferior a la temperatura a la que queremos que se mantenga la zona de refrigeración, Esto permite una transferencia efectiva de calor entre la zona de refrigeración y el refrigerante de tal forma que este pueda realizar su cambio de fase (de vapor húmedo a vapor saturado). La temperatura de saturación viene determinada asu vez por la presión a la que realicemos el proceso. Esta presión, en la zona de evaporación suele tomarse superior a 1 atm para evitar fugas desde el ambiente a los equipos. La presión a la que realicemos la condensación nunca ha de ser mayor de 10 -20 bar por razones de seguridad y coste de equipos. En definitiva, el refrigerante elegido viene determinado por la temperatura a la que queramosdejar la zona de refrigeración, habiéndose de tener en cuenta además otros factores estructurales y económicos. Otro factor de interés es el ambiental. En la década de los 80 se usaron refrigerantes basados en CFC (clorofluorocarbonados) que se demostró dañaban la capa de ozono. Durante los 90 fueron reemplazados por los HFC (hidrofluorocarbonados), que resolvieron este problema, aunque fomentando...