PPT 9 SISTEMAS DE REFRIGERACION

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Dr: Victor Astuñaupa Balvín
SESIÓN:9 
SISTEMAS DE REFRIGERACION
TERMODINÁMICA
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INTRODUCCIÓN
En esta sesión veremos el ciclo refrigeración con el cual operan como ciclos de gas o de vapor dependiendo de la fase de fluido con el trabajan los sistemas termodinámicos de refrigeración
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CAPACIDAD
Aplica el balance de energía en un sistema de refrigeración 
https://www.youtube.com/watch?v=0vcLGEZDAME
VIDEO: CICLO DE CARNOT
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Sistemas de Refrigeración 
Refrigerantes industriales 
Balance de energía 
COP. 
CONTENIDO TEMÁTICO
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La transferencia de calor de una región de temperatura baja a otra de alta temperatura requiere dispositivos especiales llamados refrigeradores. El objetivo de un refrigerador es extraer calor 
REFRIGERADORES 
Los refrigeradores son dispositivos cíclicos y los fluidos de trabajo utilizados en los ciclos de refrigeración se llaman refrigerantes 
QL=Calor extraído del espacio refrigerado a la temperatura TL 
QH es la magnitud del calor rechazado hacia el espacio caliente a temperatura TH 
QL y QH representan magnitudes, y por ello son cantidades positivas
El desempeño se expresa en términos del coeficiente de desempeño (COP) 
Los ciclos de refrigeración por comprensión de vapor y gas 
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BOMBAS DE CALOR 
Dispositivo que transfiere calor 	de un medio de baja temperatura a uno de alta temperatura es la bomba de calor el objetivo de una bomba de calor es mantener un espacio calentado a alta temperatura. 
Esto se logra al absorber calor de una fuente de baja temperatura, como el agua de un pozo o el aire exterior frío en el invierno, y al suministrar este calor a un medio más caliente, como una casa 
El desempeño se expresa en términos del coeficiente de desempeño (COP) 
COPR como COPBC pueden ser mayores que 1 
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EL CICLO INVERTIDO DE CARNOT 
Los cuatro procesos del ciclo de Carnot pueden invertirse. Al hacerlo también se invertirán las direcciones de cualquier interacción de calor y de trabajo. 
El ciclo de Carnot es un ciclo totalmente reversible que se compone de dos procesos isotérmicos reversibles y de dos procesos isentrópicos. Tiene la máxima eficiencia térmica para determinados límites de temperatura y sirve como un estándar contra el cual los ciclos de potencia reales se comparan 
Un refrigerador o bomba de calor que opera en el ciclo invertido de Carnot es definido como un refrigerador de Carnot o una bomba de calor de Carnot 
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COP aumentan cuando la diferencia entre ambas temperaturas decrece, esto es, cuando TL se eleva o TH baja 
El ciclo invertido de Carnot es el ciclo de refrigeración más eficiente que
opera entre dos niveles específicos de temperatura 
Ciclo invertido de Carnot no puede aproximarse en los dispositivos reales y no es un modelo realista para los ciclos de refrigeración 
Los COP de desempeño de los refrigeradores y de las bomba se expresan en términos de la temperatura 
Los procesos 1-2 y 3-4 pueden ser aproximados en los evaporadores y condensadores reales. Sin embargo, los procesos 2-3 y 4-1
no pueden aproximarse lo suficiente en la práctica. Esto se debe a que el proceso 2-3 incluye la compresión de un vapor húmedo que requiere un compresor que maneje dos fases, y el proceso 4-1 implica la expansión de un refrigerante con alto contenido de humedad en una turbina 
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EL CICLO IDEAL DE REFRIGERACIÓN
POR COMPRESIÓN DE VAPOR 
Se elimina los imprácticos del ciclo invertido de Carnot 
El ciclo de refrigeración por compresión de vapor es el que más se utiliza 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 en un dispositivo de expansión
4-1 Absorción de calor a presión constante en un evaporador 
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Los cuatro componentes asociados con el ciclo de refrigeración por compresión de vapor son dispositivos de flujo estacionario, por lo que los cuatro procesos que integran el ciclo pueden analizarse como procesos de flujo estacionario 
Entonces la ecuación de energía de flujo estacionario por unidad de masa se reduce a 
El condensador y el evaporador no implican ningún trabajo y el compresor
puede calcularse como adiabático. Entonces los COP de refrigeradores y
bombas de calor que operan en el ciclo de refrigeración por compresión de
vapor pueden expresarse como 
EL CICLO IDEAL DE REFRIGERACIÓN
POR COMPRESIÓN DE VAPOR 
=
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EL CICLO REAL DE REFRIGERACIÓN
POR COMPRESIÓN DE VAPOR 
Difiere de uno ideal en varios aspectos, principalmente, debido a las irreversibilidades que ocurren en varios componentes 
Proceso de compresión. Efectos de fricción, incrementan la entropía y la transferencia de calor 
reversible y
adiabático 
 isentrópico
No es posible controlar el estado del refrigerante con tanta precisión
Entra como vapor saturado 
No hay presión 
líquido saturado 
Imprecisión o poca precisión
En consecuencia, el refrigerante se subenfría un poco antes de que entre a la válvula de estrangulamiento 
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Cuando se diseña un sistema de refrigeración, existen varios refrigerantes que pueden elegirse 
REFRIGERANTE PARA SISTEMAS DE REFRIGERACION 
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REFRIGERANTE PARA SISTEMAS DE REFRIGERACION 
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REFRIGERANTE PARA SISTEMAS DE REFRIGERACION 
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En un refrigerador se utiliza refrigerante 134a como fluido de trabajo, y opera
en un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor entre 0.14 y 0.8
MPa. Si el flujo másico del refrigerante es 0.05 kg/s, determine 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 y c) el COP del refrigerador 
Ejemplo 1
Solución 
P1= 0.14 MPa
h1= hg a 0.14 Mpa= 239.16 kJ/kg 
s1= sg a 0.14 Mpa= 0.94456 kJ/kg 
P2= 0.8 MPa
s1= s2 
P3= 0.8 MPa
h3= h4 Estrangulamiento 
h2=hg=267.29 kJ/kg 
h3= hf a 0.8 Mpa= 95.47 kJ/kg 
 h4 =95.47kJ/kg
=
=
=
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Solución de a)
La tasa de eliminación de calor del espacio refrigerado 
La entrada de potencia al compresor
h1= 239.16 kJ/kg 
 h4 =95.47kJ/kg
h2=267.29 kJ/kg 
h3= 95.47 kJ/kg 
8,59kJ/s
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Al compresor de un refrigerador entra refrigerante 134a como vapor sobrecalentado a 0.14 MPa y –10 °C a una tasa de 0.05 kg/s, y sale a 0.8 MPa y 50 °C. El refrigerante se enfría en el condensador a 26 °C y 0.72 MPa, y se estrangula a 0.15 MPa. Descarte toda posibilidad de transferencia de calor y caída de presión en las líneas de conexión entre los componentes, y determine a) la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor, y b) el coeficiente de desempeño del refrigerador. 
Ejemplo 2
=
Solución
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Solución de a)
La tasa de eliminación de calor del espacio refrigerado 
La entrada de potencia al compresor
=
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b) el coeficiente de desempeño del refrigerador. 
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Un refrigerador comercial con refrigerante 134a como fluido de trabajo se usa para mantener el espacio refrigerado a - 30°C rechazando su calor de desecho a agua de enfriamiento que entra al condensador a 18°C a razón de 0.25 kg/s y sale a 26°C. El refrigerante entra al condensador a 1.2 MPa y 65°C y sale a 42°C. El estado a la entrada del compresor es 60 kPa y - 34°C y se estima que el compresor gana un calor neto de 450 W del entorno. Determine a) la calidad del refrigerante a la entrada del evaporador, b) la carga de refrigeración, c) el COP del refrigerador 
Pregunta 3. 
	Código de biblioteca	LIBROS/REVISTAS/ARTÍCULOS/TESIS/PÁGINAS WEB.TEXTO
	536.7/C43a
 	YUNUS &BOLES, Gen gel-Michael. “Termodinámica”. 5ª. Edición. México-Editorial Mc Graw Hill-2006-990p- ISBN: 970-10-5611-6
	536.7-R7
 	- ROLLE, Kart:”Termodinámica”-6ª.Edición-México- Editorial Pearson Educación- 2006- 768 p.- ISBN: 970-26-0757-4
 
	536.7-W26
 	-KENNETH & DONAL, Wark-Richards:”Termodinámica”-6ª- Edición- España-McGraw Hill- 2001- 1048 p.-ISBN: 84-481-2829-X
 
	 	http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/Termo.html
 
	 	 https://deisysegura.wordpress.com/fisica-termodinamica/calor/4-e-la-primera-ley-de-la-termodinamica-aplicaciones-de-la-primera-ley/
	 	 https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/glussac.html
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Un ciclo de aire estándar con calores específicos variables se ejecuta en un sistema cerrado y está compuesto de los siguientes cuatro procesos:
1-2 Compresión isentrópica de 100 kPa y 27°C a 800 kPa 
2-3 Adición de calor a v constante hasta 1 800 K 
3-4 Expansión isentrópica hasta 100 kPa 
4-1 Rechazo de calor a P constante hasta el estado inicial 
Pregunta 1. ciclo de Carnot 
 
a) Muestre el ciclo en diagramas P-v y T-s.
b) Calcule la salida neta de trabajo por unidad de masa.
c) Determine la eficiencia térmica 
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Un ciclo Rankine simple ideal con agua como fluido de trabajo opera entre límites de presión de 3 MPa en la caldera y 30 kPa en el condensador y temperatura a la entrada de la turbina de 700°C. La caldera está diseñada para dar un flujo de vapor de 50 kg/s. Determine la potencia que produce
la turbina y que consume la bomba 
Pregunta 2.