2. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A.
(TEMA 4+)
TEMA 5: EL CICLO
FRIGORÍFICO
DIAGRAMA
DE MOLLIER
3. Tratamientos
del aire
Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE
TRATAMIENTO DEL AIRE
Aire
Con Tª y HR
deseada
Aire
EXTERIOR
Aire
INTERIOR
4. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
5. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
6. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
RECORDATORIO:
Mezcla de DOS
caudales de aire
húmedo
V1 / V3 = ( T3 – T2 ) / ( T1 – T2 )
El punto 3 sobre la recta de unión entre 1 y 2
7. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
8. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
9. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
10. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
11. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
SISTEMA FREE COOLING (enfriamiento gratuito)
SISTEMA FREE COOLING:
Apertura motorizada de compuertas del caudal de entrada
de aire, que permite una regulación en función de las
necesidades térmicas.
Caso 1.
Tª Ext. = 18 ºC
Tª int. Requerida = 18 ºC
COMPUERTAS ABIERTAS
AL 100%
Caso 2.
Tª Ext. = 30 ºC
Tª int. Requerida = 18 ºC
COMPUERTAS ABIERTAS
AL MÍNIMO
12. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
SISTEMA FREE COOLING (enfriamiento gratuito)
13. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
LOS RECUPERADORES ENTÁLPICOS permiten recuperar
la energía del aire de expulsión mediante intercambiadores
en los cuales los caudales de aire de entrada y salida se
cruzan pero no se mezclan, sólo intercambian energía.
14. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
* RECUPERADORES ENTÁLPICOS *
15. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESIÓN DE VAPOR
16. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESIÓN DE VAPOR
17. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
18. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
COMPRESOR: Aspira refrigerante a
baja presión y Tª y lo expulsa al
condensador (tubería de descarga)
como vapor sobrecalentado a alta
presión y Tª (gracias al motor
eléctrico).
[Ejemplo: Sale a 85-90ºC y en la
tubería de descarga pierde ~10ºC]
19. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
CONDENSADOR: Se cede calor al exterior
(por calor sensible y luego por calor
latente debido a la condensación)
Tc = Ta + 15ºC
[Ej. Entra ~ 80ºC, sale ~54 en estado líq.]
(considerando Ta = 39ºC)
20. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
EXPANSOR: El
refrigerante pierde
Presión y Tª. Al salir
del condensador el
líquido refrigerante
sufre un
subenfriamiento de
~6ºC.
Al pasar por la válvula
de exp. ~10% del
líquido pasa a gas.
21. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
EVAPORADOR: La mezcla líq-vapor absorbe el
calor del medio (a refrigerar) y se completa el
cambio de estado a vapor saturado o
sobrecalentado. La Tª del Evaporador suele ser
5-6ºC menos que la Cámara
22. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
23. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
a) ¿Temp. A la salida del condensador?
En el ciclo IDEAL es la misma que a la
entrada, 40 ºC. El punto de salida está
sobre la línea de saturación porque el
enunciado dice que del consensador sale
líquido saturado, no subenfriado
24. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
b) ¿PRESIÓN a la salida del condensador?
En el ciclo IDEAL es la misma que a la
entrada, 10 bares ó 1 MPa. En el ciclo ideal
NO se consideran pérdidas de carga.
25. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
c) CALOR por unidad de tiempo
(POTENCIA) cedido por el refrigerante en
la condensación
H1= 430 (kJ/kg)
H2= 260 (kJ/kg)
ΔH= 170 (kJ/kg)
P= U x ΔH (kJ/s ó kW)
U = Caudal refrigerante (g/s)
U hay que pasarlo a (kg/s):
U = 20 (g/s) x 1/1000 (kg/g) = 0,02 (kg/s)
P = 0,02 (kg/s) x 170 (kJ/kg) =
= 3,4 kJ/s ó kW
P (kcal/h) = 3,4 (kJ/s) x 3600 (s/h) x
1 / 4,18 (kcal/kJ) =
= 2928,2 (kcal/h)
26. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
27. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
a) CALIDAD del refrigerante a la entrada y
salida de la fase de expansión.
Calidad entrada expansión: 0
Calidad salida expansión: 0,5
b) CALIDAD del refrigerante a la salidad
del evaporador
Calidad salida evaporador: 1
c) TEMPERATURA entrada/salida
expansor:
Tª ent. EXP. = 55ºC
Tª sal. EXP. = - 27ºC
d) TEMPERATURA entrada/salida
evaporador:
Tª ent. EVAP. = -27ºC
Tª sal. EVAP. = - 27ºC
e) PRESIÓN entrada/salida evaporador:
P = 0,1 Mpa = 1 bar
28. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
CICLO DE COMPRESIÓN
POTENCIA FRIGORÍFICA: Calor que se absorbe del
medio a refrigerar por unidad de tiempo (Qf), será
equivalente al calor que absorve el evaporador y las
cargas térmicas del medio a refrigerar
Qf = Q (cargas term) = Qevaporador = U x (Hsal – H ent)
COP (Coeficiente de Operación ó Rendimiento frigorífico)
es la relación entre la energía que se absorbe del medio
(evaporador) y la que se aporta al sistema (Compresor)
COP = Q f / W comp
29. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
CICLO DE COMPRESIÓN CON RECALENTAMIENTO
El RECALENTAMIENTO es un aumento de temperatura
(calor sensible) a presión constante, del refrigerante tras la
salida del evaporador y antes de entrar en el compresor.
OBJETIVO del RECALENTAMIENTO: Evitar el llamado
«golpe de líquido», es decir la entrada de refrigerante
líquido en el compresor.
30. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
CICLO DE COMPRESIÓN CON RECALENTAMIENTO
Consecuencias del recalentamiento:
1. Mayor trabajo del compresor (más Tª -> más volumen
específico ): Se necesita mayor compresor
2. Mayor condensador (se necesita mayor superficie de
consensación, dado que la Tª de entrada al mismo es
mayor.
3. Disminución del COP
31. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
CICLO DE COMPRESIÓN CON SUBENFRIAMIENTO
El SUBENFRIAMIENTO es un descenso de la temperatura
(a P constante) del refrigerante tras su paso por el
CONDENSADOR
OBJETIVO del SUBENFRIAMIENTO: Disminuye la Entalpía
de entrada del evaporador y por tanto aumenta la
diferencia entrada-salida, lo que se traduce en mayor calor
absorbido del medio a enfriar.
32. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
CICLO DE COMPRESIÓN CON SUBENFRIAMIENTO
El SUBENFRIAMIENTO tiene como objetivos:
a) Se absorve más calor en el evaporador
b) Disminuye el tamaño del compresor, dado que hace
falta menos refrigerante a igualdad de necesidades de
frío
c) Aumenta el COP, el rendimiento frigorífico
33. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
Ejercicio 5.17 (pág. 82)
• Calor absorbido por
el ref.
• Calor elim. en el
condensador
• Energía aportada por
el compresor
• El Recalentamiento
• El Subenfriamiento
• El COP
34. Máquinas y Equipos Térmicos
Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
Ejercicio 5.20 (pág. 83)