Termo

CICLO DE CARNOT INVERTIDO
El ciclo de Carnot Invertido o Termobomba consiste de dos procesos isotérmicos y dos procesos isoentrópicos. Este ciclo es ideal dado que todos sus procesos son reversibles. En el ciclo, el fluido refrigerante absorbe calor isotérmicamente en un cambiador de calor de baja temperatura (evaporador, proceso de 1 a 2), con un correspondiente aumentoen la entropía. La temperatura y presión del fluido se aumenta posteriormente por medio de una compresión isoentrópica (etapa 2 – 3). En seguida, el fluido descarga calor isotérmicamente a un foco de alta temperatura y experimenta una reducción en la entropía (condensación, etapa de 3 – 4). El fluido es expandido isoentrópicamente hasta la temperatura y presión ala cual se inició el ciclo ( proceso 4 – 1).
En el ciclo invertido de Carnot se evapora y condensa el fluido a temperatura y presión constante. Con la ebullición y la condensación son mecanismos excelentes de transferencia de calor, estas etapas no provocan problemas. Sin embargo, las etapas de compresión y expansión ocurren en la zona de mezcla, esto es con unamezcla de vapor saturado seco y gotas de agua en suspensión. Las condiciones de funcionamiento de las partes móviles de los dispositivos de compresión y expansión por donde circula el refrigerante son afectadas por la humedad reduciendo el rendimiento de estos equipos y en forma real la eficiencia del ciclo. Por otro lado, como el vapor húmedo presenta un volumenespecífico relativamente grande, el compresor que emplearía resulta ser demasiado grande e incomodo de utilizar, además de que requiere un consumo de energía excesivo para su suministro. Por estas razones el ciclo invertido de Carnot no se aplica prácticamente.
Representación del ciclo invertido de Carnot en un diagrama T-S

Ciclo básico de refrigeración porcompresión de vapor
La refrigeración por compresión mecánica es el sistema más empleado y opera basándose en el ciclo invertido de Carnot, sin embargo debido a que el ciclo invertido no se puede llevar a cabo en la práctica, se ha modificado para generar un ciclo que si opere. A éste se le domina como ciclo básico de refrigeración por compresión de vapor o por compresiónmecánica.
Modificaciones al ciclo de Carnot Invertido para obtener el ciclo básico de refrigeración por compresión de vapor:
1.- En lugar de llevarse a cabo una evaporación parcial en el evaporador, se obliga a que el fluido se evapore completamente alcanzando el estado de vapor saturado, esto ayuda a reducir el requerimiento de refrigerante, ya que para la misma carga térmicaa eliminar se cuenta con un mayor cambio entálpico.
2.- En lugar de comprimir una mezcla líquido-vapor se somete al vapor saturado al proceso de compresión hasta alcanzar la presión del condenador. Esto permite que el compresor no maneje un fluido en varias fases.
3.- Debido a que el fluido que pasa por el expansor es principalmente líquido, su volumen específico esrelativamente bajo, de modo que la cantidad de trabajo que produce el expansor no es apreciable. Por consiguiente se pierde poco desde el punto de vista de rendimiento si el expansor reversible se reemplaza por una sencilla expansión por estrangulación isoentálpica el ciclo aumenta su eficiencia. Más importante aún que lo anterior, es el hecho que los dispositivos porestrangulación son más baratos que los expansores y en esencia no requieren de mantenimiento.
En consecuencia la mayoría de los ciclos de refrigeración usan expansión por estrangulamiento, que es levemente más eficiente, pero estos no presentan partes móviles, por lo que es posible operar sin ningún problema en la región bifásica sin experimentar problemas...