Varios

SISTEMAS DE COMPRESIÓN DE VAPOR EN CASCADA Y EN ETAPAS MÚLTIPLES

Existen dos variaciones del ciclo básico de refrigeración por compresión de vapor. La primera es el ciclo en
cascada, el cual permite el empleo de un ciclo de compresión d vapor cuando la diferencia de temperaturas
entre el evaporador y el condensador es muy grande. La segunda variación incluye el uso de compresión en
etapasmúltiples con interenfriamiento, lo que reduce el trabajo de compresión.

CICLO EN CASCADA
Existe discusión acerca de los métodos para obtener temperaturas extremadamente bajas (criogénicas)
Mediante una combinación de compresión de vapor y estrangulamiento. Esos métodos son valiosos e
indispensables para la licuefacción y solidificación de los gases. No obstante, existen aplicacionesindustriales
que exigen temperaturas solo moderadamente bajas, por lo que se necesitan sistemas menos complicados.
Esto es especialmente cierto cuando se desean temperaturas en el intervalo de -25 a -75 ºC (-10 a -100 ºF).
En general, por desgracia no es posible usar un solo ciclo de compresión de vapor par obtener estas
temperaturas moderadamente bajas. La diferencia de temperatura entre elcondensador y el evaporador es en
este caso muy grande. En consecuencia, la variación de la temperatura de saturación con respecto a la presión
de vapor de un solo refrigerante no cumpliría con los valores deseados par el evaporador y el condensador.
Para superar esta dificultad sin abandonar la compresión de vapor, emplea un sistema en cascada. Un ciclo en
cascada es simplemente una disposición enserie de ciclos simples de compresión de vapor, de tal manera que
el condensador de un ciclo a temperatura baja entregue calor al evaporador de un ciclo a temperatura superior.
Aun cuando ahí se muestran solo dos unidades, el empleo de tres o cuatro
unidades en serie es practico, en caso necesario. Normalmente se utiliza un refrigerante distinto en cada uno
de los ciclos, con el objeto desatisfacer los requisitos de cada intervalo de temperatura y presión. Al elegir los
dos refrigerantes, por ejemplo, es importante que la temperatura del estado triple del fluido en el ciclo B sea menor que la temperatura crítica del fluido en el ciclo A.. Esquema del equipo y diagrama Ts para un ciclo de refrigeración en cascada.
En las instalaciones se muestra el diagrama Ts de un sistema ideal encascada doble que emplea el mismo
refrigerante en cada ciclo. (Si se utilizan dos refrigerantes distintos en un sistema en cascada, deben utilizarse
También dos diagramas Ts diferentes). A pesar de no ser la práctica común, como se hizo ya la observación, el
empleo del mismo refrigerante en cada ciclo permite examinar las virtudes de un sistema en cascada. Las
posiciones de los ciclos A (1-2-3-4)y B (5-6-7-8) se indican con claridad en la figura. En general los
gastos másicos de los refrigerantes en los dos ciclos no son los mismos, sean los refrigerantes iguales o
distintos. El gasto másico mA esta determinado por las toneladas de refrigeración requeridas en el refrigerador
del ciclo A. Además la rapidez de transferencia de calor desde el condensador del ciclo A debe ser igual a larapidez de transferencia de calor del fluido en el evaporador del ciclo B, si el intercambiador de calor de todo
el conjunto está bien aislado. Un balance de energía para el intercambiador de calor que liga el condensador
con el evaporador revela que por tanto, el cociente de los gastos másicos en cada ciclo está determinado por los cambios de entalpía de cada
fluido a su paso por elintercambiador de calor.
Si fuese posible emplear un solo ciclo de refrigeración en todo el intervalo de temperaturas, se representaría
mediante el ciclo 1-a-7-b-1 en la figura 5. El diagrama Ts hace evidente dos hechos importantes. En primer
Lugar, para el ciclo único el trabajo del compresor aumenta en una cantidad igual al área 2-a-6-5, en
comparación con el del sistema en cascada. En segundo...