ciclo de refrigeracion por compresion de vapor

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Universidad Nacional Autónoma de México 
Facultad de Estudios Superiores 
Plantel Aragón 
 
 “aplicaciones de propiedades de la materia” 
 
TEMA: CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE 
VAPOR Y RENDIMIENTO 
 
GRUPO:1306 
 
NOMBRE DEL PROFESOR: ERIKA MINERVA MERCADO 
VALENZUELA 
 
NOMBRES DE LOS ALUMNOS: 
CORTES HERNANDEZ RICARDO 
FIGUEROA LUNA OSVALDO EZEQUIEL 
HERNÁNDEZ TERREROS JOSÉ MARTÍN 
RODRIGUEZ GÓMEZ SAMUEL 
 
FECHA DE ENTREGA: 30 DE NOVIMEBRE DEL 2020 
 
 
 
 
 
Refrigeración por compresión 
La refrigeración por compresión desplaza la energía térmica entre dos focos; 
creando zonas de alta y baja presión confinadas en intercambiadores de calor, 
mientras estos procesos de intercambio de energía se suceden cuando el fluido 
refrigerante se encuentra en procesos de cambio de estado; de líquido a vapor, y 
viceversa. El proceso de refrigeración por compresión se logra evaporando un gas 
refrigerante en estado líquido a través de un dispositivo de expansión dentro de un 
intercambiador de calor, denominado evaporador. [1] Para evaporarse este requiere 
absorber calor latente de vaporización. Al evaporarse el líquido refrigerante cambia 
su estado a vapor. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor 
absorbe energía térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este 
medio gaseoso o líquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le 
denomina carga térmica. Luego de este intercambio energético, un compresor 
mecánico se encarga de aumentar la presión del vapor para poder condensarlo 
dentro de otro intercambiador de calor conocido como condensador. En este 
intercambiador se liberan del sistema frigorífico tanto el calor latente como el 
sensible, ambos componentes de la carga térmica. Ya que este aumento de presión 
además produce un aumento en su temperatura, para lograr el cambio de estado 
del fluido refrigerante -y producir el subenfriamiento del mismo- es necesario 
enfriarlo al interior del condensador; esto suele hacerse por medio de aire y/o agua 
conforme el tipo de condensador, definido muchas veces en función del refrigerante. 
De esta manera, el refrigerante ya en estado líquido puede evaporarse nuevamente 
a través de la válvula de expansión y repetir el ciclo de refrigeración por compresión. 
Tipos de compresión 
Por su parte, los sistemas de refrigeración por compresión se diferencian o separan 
en dos grandes tipos: 
• Sistemas de compresión simple 
Eleva la presión del sistema mediante una sola carrera de compresión. Es el más 
común de los sistemas de refrigeración ampliamente utilizado en refrigeradores y 
equipos de aire acondicionado. 
• Sistemas de compresión múltiple 
Solución de compresión ideal para bajas temperaturas debido a las altas relaciones 
de compresión que estos sistemas superan. 
La compresión de vapor utiliza un refrigerante líquido circulante como medio 
(generalmente R134a ) que absorbe y elimina el calor del espacio a enfriar y 
posteriormente rechaza ese calor en otros lugares. La figura representa un sistema 
típico de compresión de vapor de una etapa. El sistema típico de compresión de 
vapor consta de cuatro componentes: 
 
Compresor 
Condensador 
Válvula de expansión (también llamada válvula de mariposa) 
Evaporador 
 
En un ciclo ideal de compresión de vapor, el sistema que ejecuta el ciclo se somete 
a una serie de cuatro procesos: un proceso isoentrópico (adiabático reversible), un 
proceso de estrangulamiento alternado con dos procesos isobáricos: 
 
Compresión isentrópica (compresión en el compresor de pistón): un refrigerante 
circulante como R134a ingresa a un compresor como vapor de baja presión a una 
temperatura ligeramente inferior a la temperatura del interior del refrigerador. El 
medio gaseoso se comprime adiabáticamente desde el estado 1 al estado 2 
mediante un compresor de pistón (o mediante bombas centrífugas) a una presión y 
temperatura relativamente altas. Los alrededores trabajan con el gas, aumentando 
su energía interna (temperatura) y comprimiéndolo (aumentando su presión). Por 
otro lado, la entropía permanece sin cambios. El trabajo requerido para el compresor 
viene dado por W C = H 2 – H 1 . 
Rechazo de calor isobárico (en un condensador) : el vapor sobrecalentado viaja bajo 
presión a través de bobinas o tubos que forman el condensador. En esta fase, el 
refrigerante pasa a través del condensador, donde el refrigerante se condensa y hay 
transferencia de calor del refrigerante a los alrededores más fríos. El calor neto 
rechazado viene dado por Q re = H 3 – H 2 . A medida que el refrigerante sale del 
condensador, todavía está bajo presión, pero ahora solo está ligeramente por 
encima de la temperatura ambiente. 
Proceso Isenthalpic (expansión en una válvula de expansión): el refrigerante en el 
estado 3 ingresa a la válvula de expansión y se expande a la presión del evaporador. 
Este proceso generalmente se modela como un proceso de aceleración para el cual 
la entalpía permanece constante. H 4 = H 3 . La disminución repentina de la presión 
da como resultado la evaporación instantánea de una porción (típicamente 
aproximadamente la mitad) del líquido. El calor latente absorbido por esta 
evaporación instantánea se extrae principalmente del refrigerante aún líquido 
adyacente, un fenómeno conocido como auto-refrigeración . 
Adición de calor isobárico ( en un evaporador ): el refrigerante frío y parcialmente 
vaporizado continúa a través de las bobinas o tubos de la unidad del evaporador. 
En esta fase (entre el estado 4 y el estado 1) hay una transferencia de calor a 
presión constante al medio líquido desde una fuente externa, ya que la cámara está 
abierta para fluir hacia adentro y hacia afuera. A medida que el refrigerante pasa a 
través del evaporador, la transferencia de calor desde el espacio refrigerado da 
como resultado la vaporización del refrigerante. El calor neto agregado viene dado 
por Q add = H 1 – H 4 
Durante un ciclo de compresión de vapor, las bombas realizan el trabajo en el fluido 
entre los estados 1 y 2 ( compresión isentrópica ). El fluido no realiza ningún trabajo, 
ya que entre las etapas 3 y 4 el proceso es isentálpico. El fluido de trabajo en un 
ciclo de compresión de vapor sigue un circuito cerrado y se reutiliza 
constantemente. 
Coeficiente de rendimiento: bomba de calor, refrigerador, 
aire acondicionado 
En general, la eficiencia térmica , η º , de cualquier motor térmico como la relación 
entre el trabajo que hace, W , para el calor de entrada a la alta temperatura, Q H . 
 
La eficiencia térmica , η th , representa la fracción de calor , Q H , que se convierte en 
trabajo . 
 
Bomba de calor, refrigerador, aire acondicionado: principio básico de 
funcionamiento 
Pero en bombas de calor y refrigeradores , el trabajo no es una salida. Para una 
bomba de refrigeración o de calor, la eficiencia térmica indica el grado en que la 
energía agregada por el trabajo se convierte en salida neta de calor. Desde un punto 
de vista económico, el mejor ciclo de refrigeración es aquel que elimina la mayor 
cantidad de calor del interior del refrigerador (depósito frío) para el menor gasto de 
trabajo mecánico o energía eléctrica. La relación relevante es, por lo tanto, cuanto 
https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-la-eficiencia-termica-definicion/
https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-el-motor-termico-definicion/
https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-el-trabajo-en-termodinamica-definicion/
https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-el-calor-en-la-fisica-calor-definicion/
https://thermal-engineering.org/wp-content/uploads/2019/05/thermal-efficiency-formula-1.png
https://thermal-engineering.org/wp-content/uploads/2019/05/Heat-Pump-Heating-and-Air-Conditioning.png
mayor sea esta relación, mejor será el refrigerador. Llamamos a esta relación 
el coeficiente de rendimiento , denotado por COP . 
El coeficientede rendimiento , COP, se define también para las bombas de 
calor, pero en este punto seguimos el calor neto agregado al depósito 
caliente. El COP generalmente excede 1, especialmente en bombas de calor, 
porque, en lugar de simplemente convertir el trabajo en calor, bombea calor 
adicional desde una fuente de calor hacia donde se requiere el calor. 
En general, el COP depende en gran medida de las condiciones de funcionamiento, 
especialmente la temperatura absoluta y la temperatura relativa entre el disipador 
de calor y el sistema. 
Coeficiente de rendimiento: refrigerador, aire acondicionado 
 
El coeficiente de rendimiento, COP , de un refrigerador se define como el calor 
retirado del depósito frío Q frío (es decir, dentro de un refrigerador) dividido por el 
trabajo W realizado para eliminar el calor (es decir, el trabajo realizado por el 
compresor). 
 
Como se puede ver, mejor (más eficiente) es el refrigerador cuando más calor Q frío se 
puede quitar del interior del refrigerador para una cantidad determinada de 
trabajo. Dado que la primera ley de la termodinámica debe ser válida también en este 
caso (Q frío + W = Q caliente ), podemos reescribir la ecuación anterior: 
 
Para un refrigerador ideal (sin pérdidas e irreversibilidades) se puede derivar que: 
 
Estas fórmulas se aplican también para un aire acondicionado , que funciona de 
manera muy similar a un refrigerador. 
Por otro lado, los COP para calefacción y refrigeración son diferentes. 
Coeficiente de rendimiento: bomba de calor 
Para calentar, el COP es la relación del calor agregado al sistema (depósito 
caliente). Usando la primera ley de la termodinámica, defina COP también como el 
calor eliminado del depósito frío más el trabajo de entrada al trabajo de entrada. 
 
https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-la-primera-ley-de-la-termodinamica-definicion/
https://thermal-engineering.org/wp-content/uploads/2019/05/COP-coefficient-of-performance-equation.png
https://thermal-engineering.org/wp-content/uploads/2019/05/COP-coefficient-of-performance-equation2.png
https://thermal-engineering.org/wp-content/uploads/2019/05/COP-coefficient-of-performance-equation3.png
https://thermal-engineering.org/wp-content/uploads/2019/05/coefficient-of-performance-heat-pump-equation.png