expocision ciclos de refrigeracion

CICLOS DE REFRIGERACION
INTRODUCION
Desde el punto de vista de sus aplicaciones, la técnica del frío o la refrigeración revisten un gran
interés dentro de la evolución industrial a que obliga la continua alza de la vida. La refrigeración
tiene un amplísimo campo en lo que respecta a la conservación de alimentos (Barcos congeladores
de pescado en alta mar, plantas refrigeradoras de carnes y verduras), productos farmacéuticos y
materias para la industria (Plantas productoras de hielo, unidades de transporte de productos
congelados, barcos, aviones, trenes, camiones, etc), en sistemas de acondicionamiento de aire y
calefacción, etc.
Esto da una idea del grandísimo interés universal que reviste el frigorífico industrial desde el punto
de vista económico, humano y social.
Lo cual trae por consiguiente una alta demanda energética en todo el mundo, siendo hoy foco de
estudio en el proceso de eficiencia energética global y que abarca muchas ingeniería como la
ingeniería eléctrica.
CONCEPTOS BASICOS:
Calor: El calor es el proceso que permite la transferencia de energía entre diferentes cuerpos o
diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Este flujo
siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura,
ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico
(ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).
𝑸 = 𝒄𝒂𝒍𝒐𝒓 = (𝒌𝒋𝒐𝒖𝒍𝒆𝒐𝒔 𝒐 𝑩𝑻𝑼)
Tasa de Transferencia de calor: Es la cantidad de calor transferido o consumido en un
determinado tiempo.
Ȯ=
𝑸
𝒌𝒋𝒐𝒖𝒍𝒆𝒐𝒔
= ṁ ∗ (𝒉𝒇 − 𝒉𝒊) = (
) = (𝑲𝒘𝒂𝒕𝒕𝒔)
𝒕
𝒔𝒆𝒈𝒖𝒏𝒅𝒐𝒔
Calor especifico: es una magnitud física que se define como la cantidad de calor que hay que
suministrar a la unidad de masa de una sustancia o sistema termodinámico para elevar su
temperatura en una unidad (kelvin o grado Celsius).
𝒒=
𝑸
𝑲𝒋
=
𝒎 𝑲𝒈
Entropía: es una magnitud física que permite, mediante cálculo, determinar la parte de la energía
que no puede utilizarse para producir trabajo.
Proceso Isentrópica: Es aquel en el que la entropía del fluido (refrigerante) que forma el sistema
permanece constante.
Proceso Isotérmico: Es aquel proceso donde permanece la temperatura del Fluido (refrigerante)
contante. es decir, la cantidad de energía que un sistema puede intercambiar con su entorno.
REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR.
Sabemos que de manera natural el calor fluye de las zonas de mayor temperatura a la de menor
temperatura. Este proceso fluye en la naturaleza sin que se requiera algún dispositivo.
El proceso inverso, sin embargo, no sucede por sí solo. La transferencia de calor de una región de
baja temperatura a una de alta temperatura requiere de dispositivos especiales. Estos dispositivos
se denominan refrigeradores.
Los Refrigeradores son dispositivos cíclicos, que mantienen una temperatura T mucho menor que
la de su entorno y los fluidos de trabajo utilizados en su ciclo de refrigeración se llaman
refrigerantes.
En la figura a) se muestra un refrigerador donde QL es la magnitud del calor estraido del espacio
refrigerado a una temperatura TL; QH es la magnitud de calor rechazado hacia el espacio caliente
a temperatura TH, W es la entrada neta de trabajo al refrigerador.
Bomba de calor Es un dispositivo que transfiere calor de un medio de baja temperatura a uno de
alta temperatura.
Los refrigeradores y las bombas de calor son esencialmente lo mismo, únicamente difieren de sus
objetivos:
El refrigerador mantiene un espacio refrigerado a una temperatura más baja de su ambiente,
extrayendo calor de él y la descarga de este calor a un medio de temperatura alta es una parte
necesaria de esta operación.
Y el objetivo de la bomba de calor es mantener un espacio calentado a una temperatura mayor
que el ambiente. Esto se logra al absorber calor de una fuente de baja temperatura.
COEFICIENTES DE EFECTO FRIGORÍFICO COPr y COPbc
Los ciclos inversos de motores térmicos, o ciclos frigoríferos, permiten la transferencia de calor
desde una fuente fría, hasta otra fuente a mayor temperatura, fuente caliente; estos ciclos vienen
caracterizados por un coeficiente de efecto frigorífico, que es la relación entre la cantidad de calor
extraída a la fuente fría y el trabajo aplicado al ciclo mediante un compresor.
El desempeño de Refrigeradores y Bombas se expresa en términos del COEFICIENTE DE
DESEMPEÑO (COP).
CICLOS DE REFRIGERACION O PRODUCION DE FRIO
Una de las principales áreas de aplicación de la termodinámica es la refrigeración, que es la
transferencia de calor de una región de temperatura inferior hacia una temperatura superior. Los
dispositivos que proceden refrigeración se llaman refrigeradores, y en los ciclos en que operan se
denominan ciclos de refrigeración.
El ciclo de refrigeración más utilizado es el de por compresión de vapor: donde el refrigerante se
evapora y se condensa alternadamente para luego comprimirse en la fase de vapor.
Otro ciclo de refrigeración que existe es el de refrigeración de gas: en el que el refrigerante
permanece todo el tiempo en estado gaseoso.
Otros ciclos de refrigeración son la refrigeración en cascada: donde se utiliza más de un ciclo de
refrigeración.
Otro ciclo refrigeración por absorción: donde el refrigerante se disuelve en un liquido antes de ser
comprimido.
Refrigeración Termoeléctrica, donde la refrigeración es producida mediante el paso de la
corriente eléctrica a través de dos materiales distintos.
TÉCNICAS Y SISTEMAS DE PRODUCCIÓN DE FRÍO
Hablar de producción de frío es tanto como hablar de extracción de calor; existen diversos
procedimientos que permiten su obtención, basados en el hecho de que si entre dos cuerpos
existe una diferencia de temperaturas, la transmisión de calor de uno a otro se puede efectuar por
conducción y radiación.
Procedimientos químicos.- Están basados en el uso de determinadas mezclas y disoluciones que
absorben calor del medio que las rodea; se trata de procesos no continuos, de nulo interés y
aplicación prácticos, sólo aptos para determinados trabajos de laboratorio.
Procedimientos físicos.- Se puede conseguir un descenso de temperatura mediante procesos
físicos, como la expansión de un fluido en expansores y en válvulas de estrangulamiento,
fundamento de las actuales máquinas industriales de producción de frío; este tipo de sistemas
admite la siguiente clasificación:
Sistemas basados en el cambio de estado de una sustancia.- En estos sistemas interviene el calor
latente del cambio de estado y se puede hacer la siguiente subdivisión,
- Por fusión, en que la producción de frío, o lo que es lo mismo, la sustracción de calor a la carga a
refrigerar, se utiliza para pasar a una sustancia del estado sólido al de líquido; está muy extendida
la fusión del hielo, o de mezclas eutécticas, que al cambiar de estado captan calor del entorno.
- Por sublimación, en que el paso se efectúa de sólido a gas mediante la adición de calor, siendo el
ejemplo más representativo el anhídrido carbónico, para la producción de nieve carbónica.
- Por vaporización, en donde se engloban todos los procesos en los que un líquido pasa a fase de
vapor al suministrársele una cierta cantidad de calor, pudiéndose distinguir dos casos,
Circuito abierto (vaporización directa), en donde el fluido capta el calor de la carga a enfriar y una
vez ha modificado su estado ya no se vuelve a utilizar; este es el caso de algunos transportes que
utilizan nitrógeno como medio de producción de frío.
Circuito cerrado, en que a diferencia del anterior, el fluido se recupera con vistas a ser utilizado en
un proceso cíclico.
Como característica general de estos métodos, hay que hacer un aporte de energía al sistema y
utilizar fluidos que vaporicen a baja presión
CLASIFICACIÓN.- Las máquinas frigoríficas se pueden clasificar, según el sistema utilizado para la
recogida de vapores, en la siguiente forma:
Máquinas de adsorción, en las que los vapores son captadas mediante un absorbente sólido.
Máquinas de absorción, en las que los vapores que se forman añadiendo calor al sistema, son
absorbidos y recuperados mediante un absorbente líquido.
Máquinas de compresión, en las que los vapores son aspirados y comprimidos mediante un
compresor y licuados en un condensador; los compresores pueden ser de émbolo o rotativos, con
o sin refrigeración intermedia. Los equipos frigoríficos a base de compresores de émbolos y
funcionamiento automático, son los que se utilizan casi exclusivamente en los frigoríficos
industriales.
Máquinas de eyección, en las que los vapores son arrastrados por el efecto Venturi que genera el
paso de otro fluido a gran velocidad.
Sistemas basados en la expansión adiabática de un fluido gaseoso En estos sistemas se consigue
el enfriamiento del mismo, mediante dos tipos de máquinas,
a) Para la producción de aire líquido, (efecto Joule-Thomson)
b) Las máquinas refrigeradoras de aire, en las que el aire comprimido al expansionarse en un
expansor (turbina o cilindro de trabajo), se enfría, realizando al mismo tiempo un trabajo, que
puede ser aprovechado para la compresión del aire.
Sistemas basados en la elevación de la temperatura de un fluido frigorígeno.- En estos sistemas
se utiliza un fluido frigorígeno (salmuera) que previamente se ha enfriado por algún tipo de
procedimiento; durante el enfriamiento de la salmuera no se produce cambio de estado en la
misma, ni tampoco cuando ésta capta calor del producto a enfriar, por lo que el calor eliminado de
la carga lo toma la salmuera en forma de calor sensible.
Métodos especiales.- Existen otros métodos en los que la producción de frío se obtiene por
técnicas distintas de las anteriormente descritas, pudiéndose enunciar, entre otras, las siguientes:
- Efecto Peltier (Termoeléctrico).- Este método está basado en el fenómeno que tiene lugar al
pasar la corriente eléctrica por un circuito compuesto por dos conductores distintos, unidos por un
par de soldaduras. Al pasar la corriente eléctrica por el circuito, una de las uniones se enfría,
pudiéndose utilizar como fuente fría, mientras que la otra se calienta.
Efecto Haas-Keenson.- Es un método que permite alcanzar temperaturas próximas a 0°K, menores
de 0,001°K, mediante la desimantación de una sal paramagnética. El proceso de descenso de la
temperatura se inicia enfriando previamente la sal mediante helio líquido; una vez alcanzado el
nivel térmico deseado, se somete a la sal a la acción de un campo magnético muy potente que
orienta sus moléculas, lo que origina un desprendimiento de calor que se elimina a través del gas
licuado; una vez conseguida la eliminación del calor se aísla la sal y se desconecta el campo
magnético, con lo que las moléculas de la sal vuelven a su estado inicial, para lo que se requiere un
trabajo que, por estar la sal completamente aislada, lo obtiene de su propia energía interna,
ocasionando un descenso en la temperatura hasta los límites mencionados.
Efecto Ettingshausen (Termo-magneto-eléctrico).- Según este método, cuando por un conductor
circula una corriente eléctrica, en presencia de un campo magnético perpendicular al mismo, el
material del conductor se ve afectado por la presencia de un gradiente de temperaturas que se
produce en dirección perpendicular a la de los campos, de forma que uno de los extremos del
conductor absorbe calor, mientras que el otro lo desprende.
Efecto de Ranke-Hilsh (Torbellino).- Cuando una corriente de aire comprimido se inyecta
tangencialmente a velocidad sónica en una cámara tubular, se crea un movimiento circular
ciclónico, observándose un enfriamiento del aire en la zona cercana al eje del cilindro, fenómeno
que es debido a la expansión de este aire y al descenso de temperatura que provoca; el aire
situado en la periferia experimenta un calentamiento. Es un proceso apenas utilizado, restringido
al acondicionamiento de equipos y trajes de trabajo en ambientes tóxicos y cálidos.
CICLO INVERSO DE CARNOT
Ciclo de Carnot: Es el ciclo en que muchas maquinas térmicas trabaja en el cual un fluido de
trabajo cambia de estado y al final vuelve a su estado inicial. Durante una parte del ciclo el fluido
realiza trabajo y durante la otra parte se hace trabajo sobre el fluido.
El ciclo de Carnot consta de cuatro procesos reversibles, dos isotérmicos y dos adiabáticos
(isentrópicos) y que es posible llevar a cabo en un sistema cerrado.
El ciclo inverso de Carnot es conocido también como el ciclo de refrigeración de Carnot y es el
modo de operación de muchas maquinas de producción de frio y estas maquinas se conocen como
maquinas de refrigeración de Carnot.
Diagrama P-V de carnot
Diagrama T- S
MAQUINA DE CARNOT
DIFERENCIA ENTRE EL CICLO DE CARNOT Y CICLO INVERSO
CICLOS DE REFRIGERACION
Hablar de los ciclos de refrigeración es hablar de las técnicas de producción de frio y que consiste
en mantener un espacio a una temperatura T más baja que la del ambiente. Y esto tiene un sin
número de aplicaciones:





Conservación de alimentos
Acondicionamientos del aire
Combustibles líquidos (cohetes)
Medicina (N2 liquido, criogénica,…)
Investigación (microscopios electrónicos, superconductividad,…)
ESQUEMA BÁSICO
LOS CICLOS MÁS UTILIZADOS SON:
CICLO IDEAL POR COMPRESION DE VAPOR
Este ciclo se basa en principio del ciclo inverso de Carnot pero elimina ciertos componentes
imprácticos al sustituir la turbina por una válvula de expansión o un tubo capilar y la caldera por
un condensador. El cual da como resultado el Ciclo Ideal de Refrigeración por compresión de
vapor, se muestra de manera esquemática y en un diagrama T-s.
Este ciclo es el más utilizado en refrigeradores, sistemas de acondicionamiento de aire y bombas
de calor.
Se compone de cuatro procesos:




1-2 Compresión isentrópica en un compresor
2-3 Rechazo de calor a presión constante en un condensador
3-4 Estrangulamiento de un dispositivo de expansión
4-1 Absorción de calor a presión constante en un evaporador
En un ciclo de refrigeración ideal por compresión de vapor, el refrigerante entra al compresor en el
estado 1 como vapor saturado y se comprime isentrópicamente hasta la presión del condensador.
La temperatura del refrigerante aumenta durante el proceso de compresión isentrópica, hasta un
valor bastante superior del medio circundante. Después el refrigerante entra en el condensador
como vapor sobrecalentado en el estado 2 y sale como líquido saturado en el estado 3, como
resultado del rechazo de calor hacia los alrededores. La temperatura del refrigerante en este
estado se mantendrá por encima de la temperatura de los alrededores. El refrigerante en el
estado 3 se estrangula hasta la presión del evaporador al pasarlo por una válvula de expansión o
por un tubo capilar. La temperatura del refrigerante desciende por debajo de la temperatura del
espacio refrigerado durante de este proceso. El refrigerante entra al evaporador en el estado 4
como un vapor húmedo de baja calidad, y se evapora por completo absorbiendo calor del espacio
refrigerado. El refrigerante sale del evaporador cmo vapor saturado y vuelve a entrar al
compresor; completando el ciclo.
CICLO REAL POR COMPRESION DE VAPOR
Un ciclo real de refrigeración por compresión de vapor difiere de uno ideal principalmente, debido
a las irreversibilidades que ocurren en varios componentes.
Dos fuentes comunes de irreversibilidad:
Son la fricción del fluido (causa caídas de presión)
Transferencia de calor hacia o desde los alrededores
El diagrama T-S seria y su esquema seria:
En el ciclo ideal el refrigerante sale del evaporador y entra al compresor como vapor saturado, sin
embargo en la práctica no es posible controlar el estado del refrigerante con tanta precisión. En
lugar de eso, es fácil diseñar el sistema de modo que el refrigerante se sobrecaliente ligeramente
en la entrada del compresor. Este ligero sobrecalentamiento asegura que el refrigerante se
evapore por completo cuando entra al compresor. También la línea que conecta al evaporador con
el compresor suele ser muy larga; por lo tanto, la caída de presión ocasionada por la fricción del
fluido y la transferencia de calor de los alrededores al refrigerante pueden ser muy significativas.
El resultado del sobrecalentamiento, de la ganancia de calor en la línea de conexión y las caídas de
presión en el evaporador y la línea de conexión, consiste en un incremento en el volumen
especifico y por consiguiente, en un incremento en los requerimientos de entrada de potencia al
compresor puesto que el trabajo de flujo estacionario es proporcional al volumen especifico.
En el caso ideal se supone que el refrigerante sale del condensador como liquido saturado a la
presión de salida del compresor. En realidad es inevitable tener cierta caída de presión en el
condensador, así como en las líneas que lo conectan con el compresor y la válvula de
estrangulamiento. Además no es fácil ejecutar el proceso de condensación con tal precisión como
para que le refrigerante sea un liquido saturado al final.
SISTEMAS INNOVADORES DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR
El ciclo de refrigeración por compresión de vapor es el más utilizado y más adecuado para la
mayor parte de las aplicaciones de refrigeración. Estos sistemas son simples, económicos,
confiables y prácticamente libres de mantenimientos. Sin embargo para aplicaciones industriales
la eficiencia – no la simplicidad es lo más importante. También pará procesos industriales resulta
inadecuado y se necesita modificarse.
SISTEMA DE REFRIGERACION EN CASCADA
Para algunas aplicaciones industriales requieren temperaturas moderadamente bajas, y el
intervalo de temperatura que involucra es demasiado grande para que un ciclo simple de
refrigeración por compresión de vapor resulte práctico. Un gran nivel de temperatura resulta un
gran Nivel de presión en el ciclo y un pobre desempeño en un compresor reciprocante.
Entonces una manera de resolver este problema es en efectuar el proceso de refrigeración por
etapas, es decir tener dos o más ciclos de refrigeración que operen en serie.
A Estos procesos se le denominan ciclos de refrigeración por cascada.
Un ciclo de refrigeración en cascada de dos etapas se muestra a continuación:
Los dos ciclos se conectan por medio de un intercambiador de calor, el cual sirve como evaporador
para el ciclo superior y como condensador en el ciclo inferior. Suponiendo que este
intercambiador está bien aislado y que las energías cinéticas y potencial son despreciables, la
transferencia de calor del fluido inferior debe ser igual a la transferencia de calor del fluido
superior. De modo que la relación de sus flujos masicos en cada ciclo debe ser:
Cabe aclarar que en este sistema el refrigerante puede ser el mismo como el sistema ilustrado,
pero esto no es necesario. Se pueden utilizar refrigerantes distintos dependiendo de las
características que se requiere alcanzar. En este caso habría una curva de saturación distinta y el
diagrama T_S sería distinto para cada uno y además en un ciclo real en cascada los dos ciclos se
traslaparían un poco debido a que se requiere una diferencia de temperatura entre los fluidos
para que suceda alguna transferencia de calor.
Entonces en un sistema en cascada el trabajo del compresor disminuye y que la cantidad de calor
absorbido en el espacio refrigerado aumenta y por lo tanto el COPr mejora en un sistema en
cascada.
SISTEMA DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE MULTIPLES ETAPAS
Este es un sistema de refrigeración en cascada y se presenta solo cuando se utiliza el mismo fluido
para todo el sistema, en este el intercambiador de calor entre las etapas pude sustituirse por una
cámara de mezclado (llamada cámara de vaporización instantánea), puesto que tiene mejores
características de trasferencia de calor.
En este sistema el refrigerante se expande en la primera válvula de expansión hasta la presión de
la cámara de vaporización instantánea, que es la misma que la presión entre las etapas del
compresor. Parte del líquido se evapora durante este proceso. Este vapor saturado (3) se mezcla
con el vapor sobrecalentado del compresor de baja presión (2) , y la mezcla entra al compresor de
alta en el estado (9). Esto es en esencia un proceso de regeneración. El líquido saturado estado 7
se expande a través de la segunda válvula de expansión hacia el evaporador, donde recoge calor
del espacio refrigerado.
Este proceso es similar a una compresión de dos etapas con enfriamiento y el trabajo del
compresor disminuye. Pero debe tenerse cuidado en las interpretaciones T_S dado que los flujos
másicos son diferentes en las distintas fases del ciclo.
SISTEMAS DE REFRIGERACION DE PROPOSITO MULTIPLE CON UN SOLO COMPRESOR
Hoy en día existe aplicaciones donde se requiere refrigeración a más de una temperatura, como
por ejemplo en Una Nevera O Nevecones que contienen un refrigerador y un congelador en una
sola unidad, para este tipo de sistema utilizar un sistema independiente para cada ciclo seria
voluminoso y mucho más costoso.
Este sistema se comportaría de la siguiente manera:
Este sistema es conocido como Refrigerador-congelador y su diagrama T-s del ciclo se muestra en
la figura, donde la mayor parte de los alimentos refrigerados tienen un alto contenido en agua y el
espacio refrigerado debe mantenerse arriba del punto de congelación, para evitar el
congelamiento. El comportamiento del congelador sin embargo, se mantiene a casi -18°C. Por
consiguiente el refrigerante debe entrar al congelador a -25°C para tener una transferencia de
calor a una taza razonable en el congelador, si se usara una sola válvula de expansión y un
evaporador, el refrigerante tendría que circular en ambos compartimiento a casi -25°C, lo que
produciría formación de hielo en las vecindades de los serpentines del evaporador, y la
deshidratación de los productos. Este problema se elimina estrangulando el refrigerante a una
presión más alta ( en consecuencia a una temperatura) para uso del espacio refrigerado, y después
estrangulándolo hasta la presión mínima cuando se utilice en el congelador, la totalidad del
refrigerante que sale del comportamiento del congelador se comprime después con un solo
compresor hasta la presión del condensador.
CICLO DE LICUEFACCION DE GASES
La licuación o licuefacción es el cambio de estado gaseoso al líquido. El proceso ocurre por la
acción de la temperatura y el aumento de la presión, lo que diferencia a la licuación de la
condensación, la cual contece cuando una sustancia cambio de estado pasando del vapor al
líquido, únicamente por la disminución de la temperatura.
La licuación de los gases, fue descubierta por el físico y químico británico Michel Faraday en 1818.
La licuefacción de gases siempre ha sido un área importante de la refrigeración, pues muchos
procesos científicos, procesos de ingeniería a temperaturas criogénicas (temperaturas por debajo
de -100°C) y la producción industrial de muchos gases, depende de gases licuados, algunos
ejemplos es la obtención de gases como Oxigeno, Nitrógeno, Helio, Hidrogeno, preparación de
propulsores líquidos para cohetes, el estudio de materiales a bajas temperaturas y el estudio de la
superconductividad.
A temperaturas superiores al valor del punto crítico, una sustancia existe únicamente en fase
gaseosa, las temperaturas críticas del Helio, Hidrogeno, Nitrógeno (tres gases licuados de uso
común) son -268°C, -240°C, -147°C, por lo cual ninguna de esas sustancias existiría en forma
líquida en condiciones atmosféricas, además las bajas temperaturas de esta magnitud no se
obtiene con técnicas ordinarias de refrigeración.
Para conseguir estas temperaturas se analiza y se utiliza el CICLO DE LINDE-HAMPSON que se
representa de manera esquemática y en un diagrama T-S
En este ciclo el gas de reposición se mezcla con la parte no condensada del gas del ciclo previo y la
mezcla en el estado 2 se comprime mediante un compresor de múltiples etapas hasta el estado 3.
El proceso de compresión se acerca a un proceso isotérmico debido al interenfriamiento. El gas de
alta presión se enfría en un enfriador con un medio de enfriamiento o con un sistema de
refrigeración externo independiente hasta el estado 4. El gas se enfría todavía más en un
intercambiador de calor a contra flujo regenerativo por medio de una parte no condensada del gas
del ciclo previo hasta el estado 5 y se estrangula hasta el estado 6 el cual es un estado de vapor
húmedo. El líquido estado 7 se colecta como el producto deseado y el vapor estado 8 se envía al
regenerador a enfriar el gas de alta presión que se aproxima a la válvula de estrangulamiento. Por
último, el gas se mezcla con gas fresco de reposición, y el ciclo se repite.
CICLO DE REFRIGERACION DE GAS
Este ciclo al igual que el de Carnot y ciclo invertido de Carnot que es el mismo de refrigeración de
Carnot también es conocido como el CILCO INVERSO DE BRAYTON o también conocido como
CICLO INVERSO JOULE o CICLO INVERSO FROUDE.
CILCO DE BRAYTON Es un ciclo termodinámico consistente, en su forma más sencilla, en una etapa
de compresión adiabática, una etapa de calentamiento isobárico y una expansión adiabática de un
fluido termodinámico compresible. Es uno de los ciclos termodinámicos de más amplia aplicación,
al ser la base del motor de turbina de gas.
Este ciclo de refrigeración de gas se desvía del ciclo de Carnot invertido en que los procesos de
transferencia de calor no son isotérmicos si no isobáricos, de hecho durante la transferencia de
calor la temperatura varia considerablemente. En consecuencia los ciclos de refrigeración de gas
tienen COP menores respecto a los ciclos por compresión de vapor o Carnot invertido. Y aquí el
refrigerante por lo general no cambia de estado si no siempre se mantiene en estado gaseoso.
Esta diferencia se deduce a partir del esquema y su diagrama T-S
Otra diferencia con el ciclo invertido de Carnot es que este consume un trabajo neto menor o una
fracion (área rectangular 1,A,3,B) con respecto al trabajo del ciclo de refrigeración de gas
(area1,2,3,4,1) pero produce una cantidad de refrigeración mayor (area triangular bajo B,1)
A pesar de su bajo COP, los ciclos de refrigeración de gas tienes dos características deseables;
incluyen componentes simples más ligeros (que los hace adecuados para enfriamiento de aviones)
y puede incorporar regeneración (por lo que los hace adecuado en licuaciones y aplicaciones
criogénicas).
Ej: El aire atmosférico de comprime por medio de un compresor, se enfría mediante el aire
circundante y se expande en una turbina, el aire frio que sale de la turbina es dirigido después de
la cabina.
SISTEMAS DE REFRIGERACION POR ABSORCION
Esta es otra forma de refrigeración que tiene un atractivo económico cuando se tiene una fuente
de energía térmica barata a una temperatura de 100°C a 200°C, es la Refrigeración por absorción.
Algunos ejemplos de esas fuentes de energía térmicas barata incluyen la energía geotérmica, la
solar, el calor residual de centrales de cogeneración o de vapor de proceso, e incluso el gas natural
cuando está disponible a un precio relativamente bajo.
Como su nombre lo indica, los sistemas de refrigeración por absorción implican la absorción de un
refrigerante por un medio de transporte.
El sistema más utilizado es el sistema de amoniaco-agua donde el amoniaco (NH3) sirve como
refrigerante y el agua (H2o) es el medio de transporte.
Otro sistema es el agua-bromuro de litio y el agua-cloruro de litio. Estos dos sistemas están
limitados a aplicaciones de acondicionamiento de aire, en que las temperaturas mínimas queda
por arriba del punto de congelación del agua.
Las maquinas que se utilizaron a partir de este principio son, para fabricar hielo y conservar
alimentos.
Si observamos el esquema y el diagrama T-S para un sistema de absorción por amoniaco.
Vemos que se parece al ciclo de refrigeración por compresión de vapor excepto que el compresor
ha sido remplazado por un sistema complejo compuesto por un absorbedor, una bomba, un
generador, un regenerador, una válvula y un rectificador.
Este sistema difiere del sistema de compresión de vapor que aquí se comprime un liquido en vez
de un gas, pero estos son muy caros complejos y voluminosos , son muchos menos eficientes, por
lo general requiere torres de enfriamientos mucho más grande para liberar el calor residual y son
más difíciles en su mantenimiento, estos solo se consideran cuando el costo unitario de la energía
térmica sea bajo y se proyecte permanecer bajo en comparación con la electricidad y se va a
mantener por este régimen de operación por largos periodos de tiempos (años) .
Estos son sistemas utilizados a nivel industrial o instalaciones comerciales.
SISTEMAS TERMOLECTRICOS DE GENERACION DE POTENCIA Y REFRIGERACION.
Todos los sistemas estudiados hasta el momento requieren partes móviles, componentes
voluminosos y complejos. Y existe hoy en día un sistema más sencillo el cual no tiene tantos
componentes.
Este consiste en emplear energía eléctrica de maneara más directa para producir enfriamiento sin
involucrar ningún refrigerante ni partes móviles.
Este sistema se considera refrigeración termoeléctrica y parte del efecto SEEBECK pero como este
no era experto en termodinámica al invertir la dirección del flujo electrones, aplicando un voltaje
externo en dirección contraria hubiera creado el efecto de refrigeración. El cual si fue descubierto
por PELTIER y se denomina efecto Peltier y constituye la base de la refrigeración termo eléctrica.
Un circuito de refrigeración termoeléctrica se constituye por dos materiales semiconductores en el
cual se calienta uno al circular corriente y se enfria el otro.
BIBLIOGRAFIA
TERMODINAMICA DE CENGEL SEXTA EDICION
http://laplace.us.es/wiki/index.php/Ciclo_de_Carnot