Maquinas Frigor Ficas Y Bombas De Calor

Fundamentos en Termodinámica y Transmisión de Calor
INGENIERO MECANICO (Grupos 2 y 3)

Máquinas frigoríficas y bombas de calor

ÍNDICE

1.- Ciclo de refrigeración con vapor de Carnot
2.- Sistemas de refrigeración por compresión de vapor
3.- Propiedades de los refrigerantes
4.- Cambios en diseño para la mejora de prestaciones de los
ciclos de compresión de vapor
4.1. Ciclos en cascada
4.2.Compresión multietapa con refrigeración intermedia

5.- Otros ciclos
5.1. Ciclo de absorción
5.2. Ciclo de refrigeración con gas

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1.- Ciclo de compresión de vapor de Carnot
Por carecer de irreversibilidades, teóricamente se pueden realizar de forma
reversible unconjunto de procesos termodinámicos que a partir del trabajo
de Carnot permiten extraer la misma cantidad de calor del foco frío que en el
motor térmico es cedido y devolver al foco caliente el calor que en el motor
había sido extraído. El conjunto de máquinas de fluidos que permiten invertir
de forma reversible el ciclo del motor térmico constituyen la máquina
frigorífica de Carnot.
FOCO CALIENTETc

FOCO CALIENTE Tc

Qent


T
Wmax η Carnot Q ent  1  f
 Tc

MOTOR
TÉRMICO
CARNOT


Q ent


Qent

MÁQUINA
FRIGORÍFICA
CARNOT

Qsal

Qsal

FOCO FRÍO Tf

FOCO FRÍO Tf

En la práctica siempre existen irreversibilidades y podremos decir que una
máquina frigorífica es un conjunto de máquinas de fluidos que permiten
extraer calor de un foco frío y ceder calor a un ciclo caliente consumiendouna cantidad neta de trabajo.

FOCO C ALIENTE Tc

Coeficiente operación ciclo frigorífico

Qc
W

M áquina
Frigorífica



Coeficiente operación bomba de calor


Qe

e
Q

W

c
Q
  1

W

FO CO FRÍO Tf

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En el ciclo de compresión de vapor de Carnot sedesarrollan procesos que
extraen y ceden el calor del exterior mediante cambios de fase del fluido
refrigerante que circula por el ciclo. Para que el mismo fluido cambie de fase
a distintos niveles térmicos es necesario que existan también distintos
niveles de presión. Esto se consigue comprimiendo y expandiendo el
fluido.
El trabajo consumido por el ciclo de Carnot surge de la diferencia entre elcalor necesario para la compresión y el obtenido de la expansión.
Qc
3
2

Wtur

Wcom

Condensador

Expansor
Evaporador

4

Compresor

1

Qe

Esquema ciclo compresión de vapor de Carnot
Se distinguen la siguiente sucesión de procesos termodinámicos
reversibles:


COMPRESOR: Una máquina generadora comprime el fluido de manera
isoentrópica consumiendo trabajo y consiguiendo pasar el fluido desde
lapresión baja a la presión alta del ciclo. En el ciclo de Carnot el
compresor trabaja en régimen húmedo.



CONDESADOR: El fluido a alta presión es enfriado sin pérdida de
presión contra el foco caliente que se encuentra a la misma
temperatura que el fluido de refrigeración (TC). El calor cedido (Qc)
provoca que el refrigerante pase de fase vapor a fase líquida sin
irreversibilidades mecánicas nitérmicas.

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

EXPANSOR: Una máquina motora expande isoentrópicamente el fluido
extrayendo trabajo y bajando el nivel de presión desde la presión alta a
la presión baja.



EVAPORADOR: El fluido refrigerante a baja presión es calentado desde
el foco frío demanera reversible (sin salto de temperatura con le foco
frío (TF) y sin pérdida de presión) absorbiendo del foco frío el calor del
ciclo (Qe) para cambiar a fase vapor.

T

3

TC
X=0

2

W

TF

X=1

1

4

Qe
s
Diagrama T-s ciclo compresión de vapor de Carnot

2.- Sistemas de refrigeración por compresión de vapor
Se define el ciclo ideal de compresión de vapor, como un ciclo de
referencia...