3[1]. Ciclos de refrigeracion

8/7/2019 3[1]. Ciclos de refrigeracion

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Termotecnia y Mecnica de Fluidos (DMN)

Mecnica de Fluidos y Termodinmica (ITN)

Ingeniera Elctrica y Energtica

Mquinas y Motores Trmicos

Departamento:

Area:

CARLOS J RENEDO [email protected]

Despachos: ETSN 236 / ETSIIT S-3 26

http://www.diee.unican.es/cjre.htm

Tlfn: ETSN 942 20 13 44 / ETSIIT 942 20 13 82

TD. T6.- Ciclos de Refrigeracin

Las trasparencias son el material de apoyo del profesorpara impartir la clase. No son apuntes de la asignatura.Al alumno le pueden servir como gua para recopilarinformacin (libros, ) y elaborar sus propios apuntes

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T6.- CICLOS DE REFRIGERACION

1.- Introduccin

2.- Refrigeracin por compresin

3.- Refrigeracin por absorcin

4.- Bombas de calor

5.- Otros ciclos de refrigeracin

;

Son mquinas trmicas inversas

Son ciclos en los que Q va de T a T

Necesita el aporte de energa

(compresor, calor, )

Interviene un fluido, refrigerante, sufre transf. termodinmicas controladas

Cada refrigerante tiene un diagrama termodinmico

Adems de compresin y absorcin existen otros sistemas (marginales)

1.- Introduccin


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Basado en los cambios de estado (lquido-vapor y vapor-lquido) de unfluido refrigerante

T de cambio de estado = f(p) (si p la T, si p la T )

Calores latente >> Calor sensibles la cantidad refrig y tamao

Su busca tener un lquido a baja p y T para evaporarlo

El calor requerido lo toma de los alrededores, los enfra

En un sistema abierto el refrigerante se perdera en la atmsfera; lo

normal es trabajar con ciclos de refrigeracin


2.- Refrigeracin por compresin (I)

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Los elementos requeridos son: evaporador

compresor condensador

expansin

Lneas caractersticas deldiagrama de un refrigerante

Ciclo de compresin


2.- Refrigeracin por compresin (II)


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Los lmites de funcionamientode un equipo son: En el evaporador: la T de la cmara > T del refrig

En el condensador: la T ambiente < T del refrig

Para calcular el rendimiento del ciclo de compresin

hay que conocer las energas y los calores;

El calor extrado de la cmara es: (h1 - h4) (kJ/kg)

El calor cedido al exterior es: (h2 h3) (kJ/kg)

El trabajo til del compresor es: (h2 h1) (kJ/kg)

estos valores se obtienen del diagrama, de las tablas

)hh(CompresorTrabajo

)hh(ExtraidoCalorCOP

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=COP(coefficient of performance)

En funcin de las temperaturas del ciclo, puede ser superior a 3


2.- Refrigeracin por compresin (III)

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Sistemas para refrigerarvarios

espacios distintos a diferente

temperaturas:


2.- Refrigeracin por compresin (IV)

Toda la superficie del condensador

disipa calor siempre

cuando una sola cmara ON


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Sistema

compuesto


2.- Refrigeracin por compresin (V)

Teora p = cte

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Sistema en

cascada


2.- Refrigeracin por compresin (VI)

)hh(m)hh(m

hmhm

QQ

85Alta32Baja

AltaEvapAltaBajaCondBaja

AltaCondBajaEvap

=

=

=


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2.- Refrigeracin por compresin (VII)

SubenfriamientoRecalentamiento

Subenfriamiento: salida del condensador, asegura lquido en la Val. Exp.Recalentamiento: salida del evaporador, asegura vapor en el Comp.

WCompQEvap

QCondQCond

Tamao del Cond

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2.- Refrigeracin por compresin (VIII)


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El ciclo necesita calor a T (generador), para obtener efecto refrigerante

a T (evaporador); como residuo se ha de extraer calor a media T(absorbedor y condensador)

Se usa una mezcla de dos componentes: refrigerante y absorbente. Las

mezclas ms utilizadas son: NH3-H2O y LiBr-H2O

El NH3 es el refrigerante y el H2O el absorbente

El H2O es el refrigerante, y el LiBr el absorbente (T>0C, entre 5 y 10C)

La tensin de vapordel refrigerante se ve alterada porla presencia delabsorbente( al la cantidad de absorbente)

Con la concentracin de la mezcla, se controla la T de evaporacin

Se deben emplear absorbentes con una tensin de vapor suficientemente

baja, y mantener la solucin en una temperatura y concentracin

necesaria, para que la tensin de vapor sea inferior a la del refrigerante

en el evaporador


2.- Refrigeracin por absorcin (I)

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Una mquina de absorcin de efecto simple (I)


2.- Refrigeracin por absorcin (II)

Al generadorse leaporta la mezcla lquida

de refrig. y absorbente

Con calorse evaporael refrig., el absorbente

retorna al absorbedor

El refrig (vapor) pasa al

condensadory se licua,requiere ceder calor

(aire o agua)

El refrig. lquido entra en el

evaporador, a baja presin seevapora produciendo fro

El refrig. lquido, pasa a travs

de una vlvula de expansindonde p y T

El vapor de refrig. pasa al

absorbedor, donde se mezclacon el absorbente que retorna

del generador


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2.- Refrigeracin por absorcin (III)

El vapor de refrig. pasa al absorbedor, donde semezcla con el abosorbente que retorna del generador

La reaccin en el absorbedor es

exotrmica, y ste debe refrigerarse,

(conjuntamente con el

condensador), de no ser as p,

dificultando la absorcin

Una mquina de absorcin de efecto simple (II)

En un intercambiador de calorseprecalienta la mezcla que va al

generador y se enfra el absorbente

que va al absorbedor

El paso de la mezcla desde el

absorbedor al generador

requiere p, una bomba,(nica parte mvil del sistema)

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El calor que se debe eliminar (Qabs + Qcond) es grande, (Qgen + Qevap)

En mquinas de absorcin: (Qabs + Qcond) 2,6 Potencia maquinaEn mquinas de compresin: (Qcond) 1,25 Potencia maquina

Q eliminado en absorcin 2 Q eliminado en compresin

Las mquinas suelen tener dos partes:

el generador y el condensador

el evaporador y el absorbedor

Hay fabricantes que colocan toda la

mquina en una nica carcasa


2.- Refrigeracin por absorcin (IV)

Condensador

Evaporador

Generador

Absorbedor


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El diagrama que representa la mezcla de trabajo es el Dhirng (P-T)

Se debe evitar la cristalizacin de la sal, que depende de la presin, y

es peligroso en el arranque de la mquina, cuando la T es baja


2.- Refrigeracin por absorcin (VII)

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Otros ciclos de absorcin (I)

Buscan aumentar la capacidad frigorfica, el rendimiento, o poder realizar

el suministro trmico a temperaturas reducidas

Doble efecto


2.- Refrigeracin por absorcin (VIII)


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Efecto simple en

dos escalones

Medio efecto con

dos escalones


Otros ciclos de absorcin (II)

2.- Refrigeracin por absorcin (IX)

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Mquina frigorfica que aprovecha el calor del condensador

Pueden serreversibles: aprovechar calor o fro (calefaccin en inviernoy refrigeracin en verano, aptas para climatizacin)


3.- La Bomba de Calor (I)

Si se aprovecha simultneamente el fro y el calor que hace la mquina,

aumenta considerablemente el rendimiento

Son mquinas frigorficas que incorporan algn elemento nuevo

CondensadorEvaporadorVerano

EvaporadorCondensadorInvierno

Unidad exteriorUnidad interior


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Para aprovechar en verano el fro del evaporador y en invierno el calor

del condensador se pueden pensar en varias situaciones:


3.- La Bomba de Calor (II)

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a) B.C. de compresin mecnicaInvierte el sentido del refrigerante por

las tuberascon una vlvula de 4 vas


3.- La Bomba de Calor (III)


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b) Bomba de Calor de absorcinSe aporta calor a alta T en el generador, y se obtiene una cantidad mayor, pero a

media T, tanto en el absorbedor y en el condensador.

Las mquinas de llama directa, en el funcionamiento en invierno pueden llegar a

alcanzar rendimientos del 150%, muy superior al de las calderas.


3.- La Bomba de Calor (IV)

http://www.robur.it/home.jsp

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El rendimiento de la B.C.

COMPRESOR

EVAPORADORVERANOW

QCOP =

COMPRESOR

RCONDENSADOINVIERNO

W

QCOP =

Si se aprovechan a la

vez el QCON y el QEVAP

COMPRESOR

EVAPORADORRCONDENSADO

W

QQCOP +=

Los focos son los medios de

los que extrae o cede calor


3.- La Bomba de Calor (V)


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Existen otros ciclos y mtodos que se pueden emplear para producirrefrigeracin, entre los que se puede destacar:

Ciclo de adsorcin

Ciclo de eyeccin

Ciclo termoelctrico

Ciclo magntico

Criogenia


4.- Otros ciclos de refrigeracin

Escasa aplicacin Experimentacin

No son competitivos

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