Refrigeracion

Termodinámica Técnica
Fundamentos

Alexánder Gómez

Capítulo 8.: Ciclos de refrigeración y bomba de

calor
Bogotá, D.C., 2011

Contenido
8.0 Introducción 8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor (CV) 8.2 Análisis termodinámico de ciclos de refrigeración por CV 8.3 Optimización térmica de ciclos de refrigeración por CV 8.4 Ciclos de refrigeración por compresión de gas (CG)8.5 Análisis termodinámico de ciclos de refrigeración por CG 8.6 Optimización térmica de ciclos de refrigeración por CG 8.7 Ciclos de refrigeración por absorción 8.8 Ciclos de bomba de calor 8.9 Ciclos duales de enfriamiento y bomba de calor 8.10 Sustancias refrigerantes 8.11 Resumen

8.0 Introducción
Calentamiento y enfriamiento Calentamiento Tradicional (egía. primaria) Sistemas de potencia -calor Operación con gas Joule-Brayton invertido Sistemas de bombas de calor Refrigeración Sistemas por compresión Sistemas por absorción Licuefacción de gases Operación con vapor Clausius-Rankine invertido

8.0 Introducción

Enfriamiento

Aire acondicionado

8.0 Introducción

Licuefacción de gases

8.0 Introducción

8.0 Introducción
Ciclo de Carnot de potencia para gases (giroderecho)
P
1

qent=T (s2-s1)
q 1 -2 = q
ent

2
q =0

T
q=0

4
q 3 -4 = q
a d
sal

3
b c

T0

qsal=T0 (s2-s1)
V

8.0 Introducción

qsal w qent − qsal η th = = = 1− qent qent qent qsal T0 ( s2 − s1 ) T0 T − T0 = 1− = 1− = 1− = qent T ( s2 − s1 ) T T

η th,C

8.0 Introducción
Ciclo de Carnot para refrigeración y bombas de calor qsal=T (s1-s2)

qent=T0 (s2-s1)q ent q sal utilidad ⇒ ⇒ β = requerimie ntos w w

8.0 Introducción
Coeficiente de operación para refrigeradores:

βR

q ent q ent T0 utilidad = = = = requerimie ntos w q sal − q ent T − T0
Coeficiente de operación para bombas de calor:

q sal q sal T utilidad βB = = = = = βR +1 w q sal − q ent T − T0 requerimie ntos

8.0 Introducción
Ciclo inverso de Carnot para sustancias concambio de fase
Condensador Condensador

Turbina

Compresor Turbina

Compresor

Evaporador (‘Cuarto frío’)

Evaporador (‘Cuarto frío’)

Problema: baja potencia, alto costo

Problema: compresión húmeda

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor
Ciclo de refrigeración con turbina para la expansión Ciclo de refrigeración con válvula de expansión
Foco caliente

3

2Válvula de expansión Turbina
4 1

Foco frío

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

Qsal

Tmayor
Sistema

Qsal

Tmayor

Wcomp
3 2

Went
4 1

Qent

Tmenor

Qent

Tmenor

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

Qsal

Tmayor

Bomba de calor

Qsal Wcomp
3 2

Tmayor

Objetivo

Wcomp
3 2

4

1 4 1

Qent

Tmenor Qent TmenorRefrigerador

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión devapor

Foco caliente

3

2

4

1

Foco frío

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

Foco caliente

3

2

4

1

Foco frío

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

qsal
Condensador

3
Válvula de expansión

Presión delcondensador

2s

w ent
Presión del evaporador

Compresor

4

Evaporador

1

qent

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor

qsal
Condensador

3
Válvula de expansión

Presión del condensador

2s

went
Presión del evaporador

Compresor

4

Evaporador

1

qent

8.1 Ciclos de refrigeración por compresión de vapor
Ciclos ideal y real

8.1 Ciclos de...