1 Refrigerador
Un refrigerador es un dispositivo que extrae calor de un foco
que est ms fro que el ambiente (como el interior de un frigorfico,
a 5C) y lo vierte en el ambiente (a 22C, por ejemplo). Para
funcionar, un refrigerador requiere un trabajo adicionalWin, que
aumenta el calor de desechoQoutque se entrega al ambiente.Un
frigorfico o un aparato de aire acondicionado son ejemplos de
refrigeradores. En su uso habitual, lo que hacen los refrigeradores
y aparatos de aire acondicionado es principalmente, mantener
constante la temperatura del interior de una cmara o habitacin,
expulsado de forma continua el calor que va entrando por las
paredes (aparte, si se introduce un objeto caliente en un
frigorfico, ste se encarga de bajar la temperatura del objeto,
consumiendo un trabajo adicional).
Ambos operan sobre el mismo principio. Un compresor eleva la
temperatura del fluido de trabajo a base de realizar trabajo sobre
l. El fluido, a temperatura superior a la ambiente, es puesto en
contacto con ste en uncondensador(una rejilla,p.ej.), liberando
calorQout. El fluido enfriado, pasa por una vlvula de expansin,
donde su temperatura cae por debajo de la del foco fro. Puesto en
contacto con este foco (la cmara frigorfica o la habitacin)
mediante otra rejilla conocida comoevaporador, absorbe calor de
ste,Qin. De ah vuelve al compresor, recomenzando el ciclo.
Para los refrigeradores se define elcoeficiente de
desempeo(COPR) segn el mismo principio que para las mquinas trmicas
siendo lo que se saca el calorQinque se extrae del foco fro y lo
que cuesta el trabajoWinnecesario para ello
A diferencia del rendimiento de una mquina trmica, el
coeficiente de desempeo puede ser mayor que la unidad (normalmente
lo es, de hecho).Dado que refrigeradores y bombas de calor operan
en ciclos, el coeficiente de desempeo puede definirse en trminos de
los flujos de calor y trabajo
donde cada flujo se calcula dividiendo el calor o trabajo
intercambiados en un ciclo dividido por el periodo de ste.En el
diseo de refrigeradores se suele usar como unidad lafrigora(fg),
definida como 1 kcal (= 4186 J) de calor extrado. Tambin, como
unidad de potencia, se usa la frigora/hora (fg/h), llamada
errneamente como frigora a secas, que nos da el flujo de calor
extrado.2 Bomba de calor
Una bomba de calor se basa en el mismo principio que un
refrigerador, salvo que se emplea para pasar calor del ambiente a
un foco ms caliente, como una habitacin, para caldearla. Para esto
el, circuito debe estar situado de manera opuesta al caso del
refrigerador. El compresor enva el fluido a alta presin al un
condensador en el interior de la habitacin, donde libera calor por
estar a ms temperatura que el ambiente. pasa entonces por la vlvula
hacia el exterior, donde se evapora y cae por debajo de la
temperatura exterior, absorbiendo calor en el evaporador. Vuelve
entonces al compresor, reiniciando el ciclo.En el uso habitual, lo
que hace una bomba de calor es principalmente mantener constante la
temperatura del interior de una cmara o habitacin, reintroduciendo
de forma continua el calor que va escapando por las paredes
(aparte, si se introduce un objeto fro en una habitacin, la bomba
de calor se encarga de elevar la temperatura del objeto,
consumiendo un trabajo adicional).
En el caso lmite de una estufa (de resistencia elctrica, por
ejemplo), lo que ocurre es que no se extrae calor del exterior y
todo el calor que entra en la habitacin procede del trabajo
consumido.Para que un mismo aparato pueda funcionar como aire
acondicionado en verano y bomba de calor en invierno, es necesario
un sistema de vlvulas que permita que el vapor fluya en direcciones
opuestas segn el uso que se le de.En el caso de una bomba de calor
lo que se saca es el calorQout, por lo que el coeficiente de
desempeo de una bomba de calor se define como
o, empleando los flujos de calor y trabajo
De esta definicin se tiene que el coeficiente de desempeo de una
bomba de calor y del refrigerador correspondiente se diferencian en
1.
y por tanto el coeficiente de desempeo de una bomba de calor es
como mnimo 1. Un valor de 1 quiere decir que no se extrae ningn
calor del foco fro, sino que simplemente se transforma trabajo en
calor. Esto es lo que hace, por ejemplo, una estufa de
resistencia.Para una bomba de calor real el COP puede ser de 4.
Esto quiere decir que para aportar 4J de calor a una habitacin solo
consume 1J de energa elctrica (mientras que una estufa consumira
los 4J). Las bombas de calor son por tanto ms eficientes como
sistema de calefaccin, pero requieren instalaciones ms grandes y
poseen problemas de funcionamiento si la temperatura exterior es
demasiado baja.