Análisis Termodinámico A Los Ciclos De Refrigeración

ANÁLISIS TERMODINÁMICO A LOS CICLOS DE REFRIGERACIÓN CON
HF-134a Y CO2
Raúl Lugo Leyte(1), Omar Ruíz Ramírez(1), Martín Salazar Pereyra(2)

1

Universidad Autónoma Metropolitana Unidad Iztapalapa. Departamento de Ingeniería de Procesos e Hidráulica.
Av. San Rafael Atlixco No. 186, Col. Vicentina, C.P. 09340, Iztapalapa, México, D.F., México.
2
Tecnológico de Estudios Superiores deEcatepec. División de Ingeniería Mecatrónica e Industrial.
Av. Tecnológico. Esq. Av. Hank González. Col. Valle de Anáhuac C.P. 55210. Ecatepec, Edo. de México, México.

RESUMEN

Se hace el análisis termodinámico a los ciclos de refrigeración por compresión de vapor de
HF-134a de una, dos y tres etapas de compresión y a un ciclo simple de refrigeración por
compresión de vapor de CO2 operando acondiciones subcríticas y supercríticas. En el
análisis se obtiene el coeficiente de operación, la potencia suministrada al compresor, la
eficiencia exergética y las irreversibilidades para cada una de los ciclos de refrigeración. Al
comparar los coeficientes de operación de los ciclos simples, se encuentra que, el que
opera con CO2 a condiciones subcríticas y transcríticas es 30% y 34% menor queel que
opera con HF-134a, respectivamente. Por otro lado, al comparar los ciclos que operan con
HF-134a a temperaturas de condensación mayores a 40o C, se encuentra que el ciclo de tres
etapas tiene una mejora del 20% en el coeficiente de operación y del 8.8% en la eficiencia
exergética con respecto al de una etapa; y el de dos etapas del 12% y 4.3% con respecto al
de una etapa.NOMENCLATURA
COP
coeficiente de operación; (-),
h
entalpía por unidad de masa; (kJ/kg),
m
fracción masa; (-),
.

m

p
Pc
qfr
.

flujo másico; (kg/min),
presión; (bar),
potencia del compresor; (kW),
efecto refrigerante; (kJ/kg),

carga térmica; (kW o TR),
T
temperatura; (K, °C),
TR
tonelada de refrigeración; ( = 3.516kW),
w
trabajo por unidad de masa; (kJ/kg).
Letras griegasexergía específica; (kJ/kg),

sic
eficiencia isoentrópica del compresor;(-),
ELE eficiencia eléctrica; (-),

eficiencia exergética; (-),
ME eficiencia mecánica; (-).
Subíndices
0
estado muerto,
amb
ambiental,
AP
alta presión,
Q fr

BP
baja presión,
c
compresor,
C1
ciclo de una etapa con HF-134 a,
C2
ciclo de dos etapas con Hf-134 a,
C3
ciclo de tres etapas con HF-134 a,cond
condensador o enfriador,
C-ME compresor motor eléctrico,
enf
enfriamiento,
eva
evaporador,
int
intermedia,
f
fricción del pistón y cilindro,
m-elec electromecánicas,
VAL válvula,
t
total.
INTRODUCCIÓN
En la industria frigorífica, los sistemas de refrigeración por compresión de vapor son los
más utilizados. Estos sistemas operan con refrigerantes sintéticoshidrofluorocarbonados y
en algunos países en vías de desarrollo todavía usan clorofluorocarbonados (freones), que
en gran porcentaje contribuyen a la degradación de la capa de ozono y al calentamiento
global. Bajo este contexto en los protocolos de Kyoto y Montreal y actualmente por el de
Copenhague se planteó la necesidad de retornar al uso de refrigerantes naturales, como el
CO2, debido a sus característicasestables y bajo potencial de calentamiento global [1].
Asimismo, en los procesos industriales, los sistemas que más consumen energía son
generalmente, los que enfrían o refrigeran, lo que da la pauta para realizar estudios
paramétricos que evalúen su desempeño.
Recept Yumrutas et al, realiza este tipo de estudios energéticos al ciclo de refrigeración por
compresión de vapor de amoniaco conuna sola etapa, con la finalidad de cuantificar las
pérdidas de la disponibilidad de la energía; encontrando, que las pérdidas de temperatura y
presión en los intercambiadores de calor incrementan las pérdidas de exergía [2].
Asimismo, Hongsheng Liu et al, diseñan y construyen un sistema de aire acondicionado
automotriz utilizando al CO2 como fluido de trabajo, y presentan el comportamiento...