ciclo de refrigeracion por comprecion de vapor

INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR DE MOTUL

“REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO”

“CICLO DE REFRIGERA POR COMPRENCION DE VAPOR”

I.E.M. ROGER ENRIQUE PÉREZ ESTRADA”

INTEGRANTES:CEBALLOS CAUICH NALDY ITZKAEL

INTERIAN CETINA JESÚS ÁNGELRODRÍGUEZ NAVARRO MIGUEL CLEMENTE

CERÓN CARRILLO ULISES

MOTUL, YUCATAN

El ciclo de Carnot invertido no es práctico para comparar el ciclo real de refrigeración. Sin embargo es conveniente que se pudieran aproximar los procesos de suministro y disipación de calor a temperatura constante para alcanzar el mayor valor posible del coeficiente de rendimiento.

Esto se logra al operar una máquina frigorífica con un ciclo de compresión de vapor. En la Figura 3.15 se muestra el esquema del equipo para tal ciclo, junto con diagramas Ts y Ph del ciclo ideal. El vapor saturado en el estado 1 se comprime isoentrópicamente a vapor sobrecalentado en el estado 2.

El vapor refrigerante entra a un condensador, de donde se extrae calor a presión constante hasta que el fluido se convierte en líquido saturado en el estado 3.

.

Para que el fluido regrese a presión mas baja, se expande adiabáticamente en una válvula o un tubo capilar hasta el estado 4. El proceso 3-4 es una estrangulación y h3=h4.

En el estado 4, el refrigerante es una mezcla húmeda de baja calidad. Finalmente, pasa por el evaporador a presión constante. De la fuente de baja temperatura entra calor al evaporador, convirtiendo el fluido en vapor saturado y se completa el ciclo. Observe que todo el proceso 4-1 y una gran parte del proceso 2-3 ocurren a temperatura constante

Fig. 3.15. Esquema de la maquinaria y los diagramas Ts y  Ph de un ciclo de

refrigeración por compresión de vapor.

A diferencia de muchos otros ciclos ideales, el ciclo de compresión de vapor que se presentó en la Figura 3.15, contiene un proceso irreversible que es el proceso de estrangulación. Se supone que todas las demás partes del ciclo son reversibles.

La capacidad de los sistemas de refrigeración se expresa con base a las toneladas de refrigeración que proporciona la unidad al operarla en las condiciones de diseño. Una tonelada de refrigeración se define como la rapidez de extracción de calor de la región fría ( o la rapidez de absorción de calor por el fluido que pasa por el evaporador ) de 211 kJ/min o 200 Btu/min. Otra cantidad frecuentemente citada para una máquina frigorífica es el flujo volumétrico de refrigerante a la entrada del compresor, que es el desplazamiento efectivo del compresor.

El coeficiente de rendimiento de un refrigerador se expresa como

El coeficiente de rendimiento de una bomba de calor se expresa como

PROCESO DE COMPRESIÓN REAL El proceso de compresión real incluirá efectos

friccionantes los cuales incrementan la entropía y la transferencia de calor, lo cual puede aumentar o disminuir la entropía. En un ciclo real puede ocurrir que el refrigerante se sobrecaliente un poco en la entrada del compresor y se subenfría en la salida del condensador. Además el compresor no es isoentrópioco. Esto se observa en la Figura 3.16.

Fig. 3.16. Diagrama T-s para un ciclo de refrigeración por compresión de vapor con eficiencia adiabática en el compresor.

La eficiencia adiabática del compresor viene dada por

SISTEMAS POR COMPRESION DE VAPOR EN CASCADA Y DE ETAPAS MÚLTIPLES

Es necesario examinar dos variaciones del ciclo de refrigeración básico por compresión de vapor. La primera es el ciclo en cascada, que permite usar un ciclo por compresión de un vapor cuando la diferencia de temperatura entre el evaporador y el condensador es muy grande. En la segunda variación se emplea el uso de compresión en etapas múltiples con enfriamiento intermedio, la cual reduce la entrada necesaria de trabajo.

CICLO DE CASCADA En algunas aplicaciones industriales son necesarias

temperaturas moderadamente bajas, y el intervalo de temperatura que implican es demasiado grande para que un ciclo simple de refrigeración por compresión de vapor resulte práctico. Un gran intervalo de temperatura significa también un gran nivel de presión en el ciclo y un pobre rendimiento en un compresor reciprocante.

Una manera de enfrentar esas situaciones es efectuar el proceso de refrigeración en etapas, es decir, tener dos o más ciclos de refrigeración que operen en serie. Dichos ciclos reciben el nombre de ciclos de refrigeración en cascada.

Un ciclo de refrigeración en cascada de dos etapas se muestra en la Figura 3.17. Los dos ciclos se conectan por medio de un intercambiador de calor en medio de ambos, el cual sirve como el evaporador en el ciclo superior (ciclo A) y como el condensador en el ciclo inferior (ciclo B). Si se supone que el intercambiador de calor está bien aislado y las energías cinética y potencial son despreciables, la transferencia de calor del fluido en el ciclo inferior debe ser igual a la transferencia de calor al fluido en el ciclo superior. De modo que la relación de los flujos de masa en cada ciclo debe ser

Además,

Fig. 3.17 Esquema del equipo y diagrama Ts de un ciclo de refrigeración en cascada.

CICLO DE COMPRESIÓN DE VAPOR EN ETAPAS MÚLTIPLES

Otra modificación del ciclo de refrigeración por compresión de vapor consiste en la compresión en etapas múltiples con enfriamiento intermedio para disminuir la entrada de trabajo.

Cuando el fluido de trabajo utilizado en el sistema de refrigeración en cascada es el mismo, el intercambiador de calor entre las etapas puede sustituirse por un intercambiador de calor regenerativo, ya que éste cuenta con mejores características de transferencia de calor.

Fig. 3.18 Esquema de la maquinaria y diagrama Ts de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor de dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo.

La Figura 3.18 muestra un esquema para el ciclo de compresión en dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo. El líquido que sale del condensador se estrangula (proceso 5-6) al entrar a una cámara de expansión mantenida a presión intermedia entre la presiones del evaporador y el condensador.

Todo el vapor que se separa del líquido en la cámara de expansión se transfiere a una cámara de mezclado, donde se mezcla con el vapor que sale del compresor de baja presión en el estado 2. La cámara de mezclado actúa como un enfriador intermedio regenerativo, pues enfría el vapor que sale del compresor de baja presión antes que toda la mezcla entre la etapa de alta presión del compresor en el estado 3.

El líquido saturado de la cámara de expansión se estrangula al pasar a la presión del evaporador en el estado 9.

El proceso de compresión de dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo se muestra en un diagrama Ts en la Figura 3.18, en la cual se ha supuesto compresión isoentrópica. Aunque el mismo refrigerante circula en ambos circuitos de todo el sistema, los flujos en cada circuito no son iguales.

Con objeto de analizar el sistema conviene suponer que en uno de los circuitos circula la unidad de masa. En este análisis supongamos que la unidad de masa pasa por los estados 3-4-5-6 del circuito de alta presión. La fracción de vapor formado en la cámara de expansión es la calidad x del fluido en el estado 6 de la figura 3.18 y ésta es la fracción del flujo que pasa por el condensador que atraviesa la cámara de mezclado.

La fracción del líquido que se forma es (1-x) y es la fracción del flujo total que pasa por el evaporador. Se puede evaluar la entalpía en el estado 3 por medio de un balance de energía en la cámara de mezclado en condiciones adiabáticas

en la que h3 es la única incognita. El efecto de refrigeración por unidad de masa que pasa por el evaporador es

La entrada total de trabajo al compresor por unidad de masa que pasa por el condensador es la suma de las cantidades para las dos etapas, es decir,

El coeficiente de funcionamiento del ciclo de compresión de vapor en dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo se define como qrefrig/wcomp.

APLICACIONES DE LA REFRIGERACIÓN

El trabajo de una planta de refrigeración es enfriar artículos y productos y mantenerlos a una temperatura más baja que la temperatura del medio ambiente. La refrigeración se puede definir como un proceso que saca y transporta más calor.

Los más viejos y mejores refrigerantes conocidos son el agua el hielo y el aire.

Al principio el único propósito de refrigeración fue conservar alimentos. Los chinos fueron los primeros en descubrir que el hielo aumentaba la vida y mejoraba el gusto de las bebidas y durante los siglos los esquimales han conservado los alimentos congelándolos.

A principios de siglo fueron conocidos los términos tales como bacterias fermentación enmohecimiento, encimas… también se descubrió que el aumento de microorganismos es dependiente de la temperatura y que este crecimiento disminuye cuando la temperatura desciende y que el crecimiento comienza a ser muy bajo a temperaturas debajo de +10 .

Como consecuencia de este conocimiento fue entonces posible el uso de la refrigeración para conservar productos alimenticios y el hielo se comenzó a utilizar con este propósito.

La electricidad comenzó a jugar un papel muy importante al principio de este siglo y las plantas mecánicas de refrigeración comenzaron a ser muy comunes en muchos campos. Por ejemplo, cervecerías mataderos, pescaderías y fabricación de hielo.

Ahora hay numerosas aplicaciones para las plantas de refrigeración como ejemplos tenemos:

Conservación de alimentos Procesos de refrigeración Plantas de aire acondicionado Plantas secadoras Instalación de enfriamiento de agua Contenedores refrigerados Bombas de calor Fábricas de hielo Liofilización

Las aplicaciones en la refrigeración se han agrupado en seis grandes categorías generales:

Refrigeración domestica

Este campo está limitado principalmente a refrigeradores y congeladores caseros. Sin embargo debido a que es muy grande el número de unidades en servicio, la refrigeración domestica representa una parte significativa de la refrigeración industrial.

Las unidades domesticas son de tamaño pequeño teniéndose capacidades de potencia que fluctúan entre 1/20 y ½ HP y los compresores son de sellado hermético

Refrigeración comercial Se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de unidades de

refrigeración del tipo que se tienen en establecimientos comerciales para su venta al menudeo restaurantes, hoteles e instituciones que se dedican al almacenamiento, exhibición procesamiento y distribución de artículos de comercio.

Refrigeración industrial A menudo de confunde la refrigeración industrial con la

refrigeración comercial porque su división no está claramente definida. Como regla general, las aplicaciones industriales son más grandes en tamaño que las aplicaciones comerciales y, la característica que las distingue es que requieren un empleado para su servicio. Algunas aplicaciones industriales típicas son plantas de hielo grandes empacadoras d alimento, cervecería, lechería etc.

Refrigeración marina y de transporte Se refiere a la refrigeración que se tiene en barcos de tipo

pesquero y barcos de transporte de alimentos. La refrigeración de transporte se refiere al equipo de refrigeración utilizado en camiones, conteiner, etc.

Acondicionamiento de aire Concierne o se refiere a la condición del aire en algún área

o espacio designado. Por lo general involucra no únicamente el control de la temperatura del espacio, si no también las condiciones de humedad del mismo filtrado y limpieza.

Conservación de alimentos Es uno de los usos más comunes, ya que la conservación

de los alimentos ´es parte integral de la actividad humana. Actualmente las grandes poblaciones humanas requieren enormes cantidades de alimentos, que son producidos en lugares apartados de esas zonas.