1. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor Facultad
de Ingeniera. Divisin de Ciencias Bsicas Rigel Gmez Leal
2. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor
Introduccin El campo de la refrigeracin incluye los refrigeradores
domsticos, la congelacin de carnes, frutas y legumbres, enfriamento
de locales, fabricacin de hielo, procesos industriales y plantas
criognicas, por mencionar slo algunas. Para lograr esto, lo que se
hace es un proceso mediante el cual un dispositivo retira energa de
un depsito de temperatura baja para llevarlo a un depsito de
temperatura alta, sin embargo, de acuerdo con la segunda ley de la
termodinmica, esto es imposible de lograr a menos que se utilice
trabajo.
3. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor El ter
etlico fue el primer refrigerante utilizado para el comercio de
sistemas por compresin de vapor en 1850, le siguieron otros como el
amoniaco, dixido de carbono, cloruro metlico, butano, etano y
gasolina, entre otros. Los problemas presentados como consecuencia
de las fugas de los primeros refrigerantes que causaron lesionados
y muertos, en la dcada de los veinte, trajo como consecuencia la
limitacin y finalmente la prohibicin del uso de los primeros
refrigerantes.
4. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor En 1928,
la compaa Frigidaire Corporation, desarroll el R-21, el primer
miembro de la familia de los refrigerantes de clorofluorocarbonos.
Despus de algunos aos, esta empresa eligi al R-12 como el
refrigerante ms adecuado para uso comercial y le dio a esta familia
de compuestos el nombre comercial de fren. Sin embargo, los
refrigerantes R- 12 y R-22 se han identificado como contribuyentes
en la degradacin de la capa de ozono y en el efecto invernadero,
por lo que los refrigerantes R-134a y R- 123 se han usado como
reemplazos de los anteriores.
5. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor
Descripcin del ciclo Este ciclo aprovecha la entalpia de
transformacin de las sustancias al cambiar de fase lquida a fase de
vapor. En la figura podemos ver las partes que componen un
refrigerador sencillo: el evaporador, lo que corresponde al
congelador o hielera en un refrigerador domstico; el
condensador-enfriador, que es un serpentn con tubos con aletas
ubicado en la parte posterior; el compresor que es un aparato
cilndrico que se ubica normalmente en la parte inferior de
refrigerador y la vlvula de expansin que es un tubo capilar.
6. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor El
diagrama que representa los cuatro elementos mencionados con
anterioridad y que conforman el ciclo es:
7. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor En el
compresor se eleva la presin de la sustancia que se encuentra en su
fase gaseosa y, por consiguiente, se eleva tambin su
temperatura.
8. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor Despus de
salir del compresor, la sustancia, todava en su fase gaseosa, entra
al condensador- enfriador, donde rechaza calor al medio ambiente,
debido a una diferencia de temperatura que guarda con ste. Debido a
esta disminucin de su energa, la sustancia baja su temperatura y
despus se condensa, cambiando de fase gaseosa a la fase lquida. En
todo este proceso se considera que la presin permanece
constante.
9. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor Una vez
que la sustancia en la fase lquida sale del condensador, entra a la
vlvula de expansin, producindole un estrangulamiento (en el que la
entalpia a la entrada es igual a la de salida) que baja la presin
de la sustancia y disminuye su temperatura a un valor menor que la
temperatura ambiente, en un estado cercano al lquido saturado
correspondiente a esta presin y temperatura.
10. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor La
sustancia se ha empezado a evaporar en la vlvula de expansin, pero
se procura que la mayor parte de la evaporacin se lleve a cabo en
el evaporador donde la sustancia toma la energa necesaria para su
evaporacin del medio que se desea refrigerar o enfriar. Este
proceso es a presin y temperatura constantes.
11. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor Una vez
que sustancia se ha evaporado totalmente, entra en el compresor
para iniciar un nuevo ciclo al comprimir el gas y llevarlo a un
estado de vapor sobrecalentado con un aumento en su presin y
temperatura.
12. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor Flujos
energticos asociados al ciclo:
13. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor Flujos
energticos asociados al ciclo:
14. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor Flujos
energticos asociados al ciclo:
15. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor En el
compresor: proceso adiabtico Procesos
16. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor En el
condensador-enfriador: proceso isobrico
17. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor En la
vlvula de expansin: proceso isoentlpico
18. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor En el
evaporador: proceso isobrico
19. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor Dado que
la eficiencia est dada por = Se tiene que en el caso del
refrigerador, un indicador de su funcionamiento est dado por =
donde se le conoce como coeficiente de operacin o rendimiento, el
cual tambin se puede escribir como = Balance de energa
aportarquehayquelo deseasequelo compresor evaporador W Q compresor
evaporador w q
20. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor En el
evaporador: {q}4-1 + {w}4-1 = [ec + ep + h]4-1 como {w}4-1 = 0 ec
4-1 = 0 ep 4-1 = 0 entonces {q}4-1 = h4-1 = h1 h4
21. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor En el
compresor: {q}1-2 + {w}1-2 = [ec + ep + h]1-2 como {q}1-2 = 0 ec
1-2 = 0 ep 1-2 = 0 entonces {w}1-2 = h1-2 = h2 h1
22. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor Por lo
tanto = dado que, en la vlvula de estrangulamiento: h3 = h4 podemos
escribir tambin: = 12 41 hh hh 12 31 hh hh
23. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor
Dispositivo de refrigeracin del laboratorio:
24. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor Una
unidad para medir la capacidad de enfriamiento de un sistema de
refrigeracin muy utilizada en la industria es la tonelada de
refrigeracin que, en el SI, equivale aproximadamente a 3.5
[kW]
25. Ciclo de refrigeracin por la compresin de un vapor
Agradecimientos: Mara Eugenia Macas Ros Martn Brcenas Escobar
Referencias bibliogrficas: * Sears, Zemansky, Young y Freedman.
Fsica Universitaria. Addison Wesley. Undcima edicin. Mxico 2004. *
Gonzlez O. R., Nez O. F. Apuntes de Principios de Energtica. UNAM.
Facultad de Ingeniera. Mxico 1985.
