termodinamica

Ciclos de Refrigeración

G. López (Universidad de Huelva)

TEMA 5 – CICLOS DE REFRIGERACIÓN
1. Introducción.
2. Ciclo inverso de Carnot.
3. Instalaciones frigoríficas por compresión de vapor.
4. Propiedades termodinámicas de los refrigerantes.
5. Sistemas innovadores de refrigeración por compresión de vapor.
8. Ciclo de Brayton inverso. Instalaciones frigoríficas de aire.
7. Bomba decalor.
8. Otros sistemas de refrigeración.

1. Introducción

Refrigeración: mantener un sistema a una T inferior a la de su entorno.
Utilidades:

- Conservación de alimentos.
- Acondicionamiento del aire.
- Combustibles líquidos (cohetes).
- Medicina (N 2 líquido, criogenia, …).
- Investigación (microscopios electr., superconductividad, … ).
- ...

1

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G.López (Universidad de Huelva)

2. Ciclo inverso de Carnot
Foco Calor, T c

Foco Calor, Tc

Qin

Qout

Caldera

Condensador

3

2

Turb
ina

Compresor

1

Wneto

4

Turbina

Compresor

Evaporador

Qout
Ciclo Carnot
(Motor Térmico)

Wneto

4

Condensador

Foco Calor, T f

2

3

1

Qin
Foco Calor, Tf

Ciclo Inverso de Carnot(Refrigerador/Bomba de Calor)

1ª Ley: Qneto - Wneto = 0
2ª Ley: Qout /Qin = Tc/Tf
3

COPrefrig

&
&
Qin
Q in
Tf
= &
=
=
&
&
Wneto
Qout − Qin Tc − Tf

COPB. C . =

Q out
Q out
Tc
=
=
W neto Qout − Qin Tc − T f

4

2

1

2

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G. López (Universidad de Huelva)

3. Instalaciones frigoríficas por compresión de vapor
• El Ciclo Inverso de Carnot no espráctico.
• No obstante, sería muy conveniente aproximarse a los procesos de adición/extracción de calor a T=cte.
• Los ciclos por compresión de vapor permiten en buena parte dicha paroximación.

3.1 Ciclo Ideal

Qout
3

Condensador

T

2

2
3
W Tfoco calien

Válvula
Expansión

Tfoco frío
4

Evaporador

h = cte
p = cte

4

1

1

Qin

s

Consideraciones:
- A laentrada del compresor se exige que sea vapor saturado, y a la salida del condensador que sea
líquido comprimido
- La temperatura en el Evaporador (proceso 4→1) debe ser menor que la temperatura de la región que
se desea enfriar Tf (foco frio): T3 ≤ Tf - 10 ºC
- La temperatura en el Condensador (proceso 2→3) debe ser mayor que la temperatura de la región a
la que se cede el calor Tc (fococaliente): T1 ≥ Tc + 10 ºC
- Tonelada de Refrigeración: rapidez de extracción de calor de la región fría (1 TR = 211 kJ/min).

3.2 Ciclo Real:

2r
T

- No se logran los estados de saturación (1 y 3).
- Compresor ‘irreversible’.
- Pérdidas de calor en el compresor.
- Fricción ⇒ caidas de presión a lo largo del ciclo.

2’
Tfoco

3

caliente

h = cte

Tfoco

COPrefrig

&
&
QQ
h −h
= in = in = 1 4
&
&
h2 r − h1
W
W

frio

p = cte

1

4
s

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G. López (Universidad de Huelva)

3. Instalaciones frigoríficas por compresión de vapor
Consideraciones de Diseño:
• Las temperaturas de los focos frio y caliente determinan las presiones mínima y máxima del
ciclo (presiones en el evaporador y el condesador).
• Pevap debería ser >1 atm para evitar la entrada de aire.
• Pcond no debería ser mayor que 10 - 15 bar (p.e. TR134-sat = 39.4 - 55.2 ºC)
• El refrigerante debe ser:

- No tóxico.
- No corrosivo.
- Químicamente estable.
- Barato.
- Ecológico.
- Alta entalpía de vaporización.

• Debido al amplio rango de aplicabilidad de los sistemas de refrigeración, un solo refrigerante
no es adecuado para todos loscasos:
a) Primeros refrigerantes: Amoniaco, SO2 .
b) 1930 - ‘80: CFCs (Cloro-Fluoro-Carbonados) p.e.: R-11, R-12, R-22, …
c) En la actualidad: HFCs (Hydro-Fluoro-Carbonados) p.e.; R-134a.
• A la hora de elegir el refrigerante hay que tener presente:
a) La temperatura a la cual se desea refrigerar (calentar, en el caso de bombas de calor).
b) El tipo de equipo para ser usado.

3

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