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Comparación entre el ciclo ideal y
el ciclo real de refrigeración por
compresión de vapor
Ciclo REAL VS Ciclo Ideal DE Refrigeración
Ciclo Ideal de Refrigeración por Compresión de Vapor
El ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor se compone de cuatro procesos:
Compresión isentrópica en un compresor Rechazo de calor a presión constante en un condensador Estrangulamiento en un dispositivo de expansión Absorción de calor a presión constante en un evaporador
En este ciclo ideal, el refrigerante entra al compresor como vapor saturado y se comprime isentrópicamente hasta la presión del condensador. Luego, el refrigerante entra al condensador como vapor sobrecalentado y sale como líquido saturado. Posteriormente, el refrigerante se estrangula hasta la presión del evaporador y entra a este como vapor húmedo, evaporándose por completo.
Este ciclo ideal sirve como un estándar contra el cual se comparan los ciclos reales de refrigeración. Sin embargo, el ciclo invertido de Carnot, que es el más eficiente teóricamente, no puede aproximarse en la práctica debido a problemas con los procesos de compresión y expansión.
Ciclo Real de Refrigeración por Compresión de Vapor
Un ciclo real de refrigeración por compresión de vapor difiere del ciclo ideal principalmente debido a las irreversibilidades que ocurren en los diferentes componentes. Algunas fuentes comunes de irreversibilidad son:
Fricción del fluido, que causa caídas de presión Transferencia de calor hacia o desde los alrededores
A diferencia del ciclo ideal, en la práctica no es posible controlar el estado del refrigerante a la entrada del compresor con tanta precisión. Por lo general, el refrigerante se sobrecalienta ligeramente para asegurar que se evapore por completo. Además, las líneas que conectan los componentes suelen ser largas, lo que provoca caídas de presión y transferencia de calor significativas.
Estos factores hacen que el ciclo real difiera del ciclo ideal, tal como se muestra en el diagrama T-s de la Figura 11-7. Las irreversibilidades
presentes en el ciclo real reducen su eficiencia en comparación con el ciclo ideal.
Ejemplo 11-1: El ciclo ideal de refrigeración por
compresión de vapor
Se analiza un refrigerador que opera en un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor utilizando refrigerante R-134a entre 0.14 y 0.8 MPa. Con un flujo másico de 0.05 kg/s, se determinan:
a) La tasa de eliminación de calor del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor. b) La tasa de rechazo de calor al ambiente. c) El coeficiente de desempeño (COP) del refrigerador.
Los resultados muestran que este refrigerador ideal elimina 4 unidades de energía térmica del espacio refrigerado por cada unidad de energía eléctrica consumida.
Se discute también el efecto de reemplazar la válvula de estrangulamiento por una turbina isentrópica, lo cual aumentaría el COP del refrigerador en un 28%.
Análisis del ciclo real de refrigeración por
compresión de vapor
Efectos del sobrecalentamiento y el subenfriamiento
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 específico 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 específico.
El proceso de compresión real incluirá efectos de fricción, los cuales incrementan la entropía y la transferencia de calor, lo que puede aumentar o disminuir la entropía, dependiendo de la dirección. Por consiguiente, la entropía del refrigerante puede incrementarse (proceso 1-2) o disminuir (proceso 1-2') durante un proceso de compresión real, dependiendo del predominio de los efectos.
El proceso de compresión 1-2' puede ser incluso más deseable que el proceso de compresión isentrópico debido a que el volumen específico del refrigerante y, por consiguiente, el requerimiento de entrada de trabajo son más pequeños en este caso. De ese modo, el refrigerante debe enfriarse durante el proceso de compresión siempre que sea práctico y económico hacerlo.
En el caso ideal, se supone que el refrigerante sale del condensador como líquido saturado a la presión de salida del compresor. En realidad, es inevitable tener cierta caída de presión en el condensador, así como en las
Este es el COP de un ciclo de refrigeración reversible que opera entre los mismos límites de temperatura. Cualquier ciclo real tendrá un COP menor que este valor máximo debido a las irreversibilidades en el sistema.
