ciclo de carnot

1. INSTITUTO TECNOLOGICO
SUPERIOR DE MOTUL
“REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO”
“CICLO DE REFRIGERA POR COMPRENCION DE VAPOR”
I.E.M. ROGER ENRIQUE PÉREZ ESTRADA”
INTEGRANTES:
CEBALLOS CAUICH NALDY ITZKAEL
INTERIAN CETINA JESÚS ÁNGEL
RODRÍGUEZ NAVARRO MIGUEL CLEMENTE
CERÓN CARRILLO ULISES
MOTUL, YUCATAN

2.  El ciclo de Carnot invertido no es práctico para comparar el
ciclo real de refrigeración. Sin embargo es conveniente que se
pudieran aproximar los procesos de suministro y disipación de
calor a temperatura constante para alcanzar el mayor valor
posible del coeficiente de rendimiento.
 Esto se logra al operar una máquina frigorífica con un ciclo de
compresión de vapor. En la Figura 3.15 se muestra el esquema
del equipo para tal ciclo, junto con diagramas Ts y Ph del ciclo
ideal. El vapor saturado en el estado 1 se comprime
isoentrópicamente a vapor sobrecalentado en el estado 2.
 El vapor refrigerante entra a un condensador, de donde se
extrae calor a presión constante hasta que el fluido se
convierte en líquido saturado en el estado 3.
 .

3.  Para que el fluido regrese a presión mas baja, se
expande adiabáticamente en una válvula o un tubo
capilar hasta el estado 4. El proceso 3-4 es una
estrangulación y h3=h4.
 En el estado 4, el refrigerante es una mezcla húmeda de
baja calidad. Finalmente, pasa por el evaporador a
presión constante. De la fuente de baja temperatura
entra calor al evaporador, convirtiendo el fluido en
vapor saturado y se completa el ciclo. Observe que todo
el proceso 4-1 y una gran parte del proceso 2-3 ocurren
a temperatura constante

4. Fig. 3.15. Esquema de la maquinaria y
los diagramas Ts y Ph de un ciclo de
refrigeración por compresión de vapor.

5.  A diferencia de muchos otros ciclos ideales, el ciclo de compresión de
vapor que se presentó en la Figura 3.15, contiene un proceso
irreversible que es el proceso de estrangulación. Se supone que todas
las demás partes del ciclo son reversibles.
 La capacidad de los sistemas de refrigeración se expresa con base a las
toneladas de refrigeración que proporciona la unidad al operarla en las
condiciones de diseño. Una tonelada de refrigeración se define como
la rapidez de extracción de calor de la región fría ( o la rapidez de
absorción de calor por el fluido que pasa por el evaporador ) de 211
kJ/min o 200 Btu/min. Otra cantidad frecuentemente citada para una
máquina frigorífica es el flujo volumétrico de refrigerante a la entrada
del compresor, que es el desplazamiento efectivo del compresor.
El coeficiente de rendimiento de un refrigerador se expresa como

6.  El coeficiente de rendimiento de una bomba de calor se
expresa como

7. PROCESO DE COMPRESIÓN REAL
 El proceso de compresión real incluirá efectos
friccionantes los cuales incrementan la entropía y la
transferencia de calor, lo cual puede aumentar o
disminuir la entropía. En un ciclo real puede ocurrir que
el refrigerante se sobrecaliente un poco en la entrada
del compresor y se subenfría en la salida del
condensador. Además el compresor no es isoentrópioco.
Esto se observa en la Figura 3.16.
Fig. 3.16. Diagrama T-s para un ciclo
de refrigeración por compresión de
vapor con eficiencia adiabática en el
compresor.

8.  La eficiencia adiabática del compresor viene dada por

9. SISTEMAS POR COMPRESION DE VAPOR EN
CASCADA Y DE ETAPAS MÚLTIPLES
 Es necesario examinar dos variaciones del ciclo de
refrigeración básico por compresión de vapor. La
primera es el ciclo en cascada, que permite usar un ciclo
por compresión de un vapor cuando la diferencia de
temperatura entre el evaporador y el condensador es
muy grande. En la segunda variación se emplea el uso
de compresión en etapas múltiples con enfriamiento
intermedio, la cual reduce la entrada necesaria de
trabajo.

10. CICLO DE CASCADA
 En algunas aplicaciones industriales son necesarias
temperaturas moderadamente bajas, y el intervalo de
temperatura que implican es demasiado grande para
que un ciclo simple de refrigeración por compresión de
vapor resulte práctico. Un gran intervalo de temperatura
significa también un gran nivel de presión en el ciclo y
un pobre rendimiento en un compresor reciprocante.
 Una manera de enfrentar esas situaciones es efectuar el
proceso de refrigeración en etapas, es decir, tener dos o
más ciclos de refrigeración que operen en serie. Dichos
ciclos reciben el nombre de ciclos de refrigeración en
cascada.

11.  Un ciclo de refrigeración en cascada de dos etapas se muestra en la
Figura 3.17. Los dos ciclos se conectan por medio de un
intercambiador de calor en medio de ambos, el cual sirve como el
evaporador en el ciclo superior (ciclo A) y como el condensador en
el ciclo inferior (ciclo B). Si se supone que el intercambiador de
calor está bien aislado y las energías cinética y potencial son
despreciables, la transferencia de calor del fluido en el ciclo inferior
debe ser igual a la transferencia de calor al fluido en el ciclo
superior. De modo que la relación de los flujos de masa en cada
ciclo debe ser
Además,

12. Fig. 3.17 Esquema del
equipo y diagrama Ts de
un ciclo de refrigeración
en cascada.

13. CICLO DE COMPRESIÓN DE VAPOR EN ETAPAS
MÚLTIPLES
 Otra modificación del ciclo de refrigeración por
compresión de vapor consiste en la compresión en
etapas múltiples con enfriamiento intermedio para
disminuir la entrada de trabajo.
 Cuando el fluido de trabajo utilizado en el sistema de
refrigeración en cascada es el mismo, el intercambiador
de calor entre las etapas puede sustituirse por un
intercambiador de calor regenerativo, ya que éste
cuenta con mejores características de transferencia de
calor.

14. Fig. 3.18 Esquema de la maquinaria y
diagrama Ts de un ciclo de refrigeración
por compresión de vapor de dos etapas
con enfriamiento intermedio regenerativo.

15.  La Figura 3.18 muestra un esquema para el ciclo de compresión
en dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo. El
líquido que sale del condensador se estrangula (proceso 5-6) al
entrar a una cámara de expansión mantenida a presión
intermedia entre la presiones del evaporador y el condensador.
 Todo el vapor que se separa del líquido en la cámara de
expansión se transfiere a una cámara de mezclado, donde se
mezcla con el vapor que sale del compresor de baja presión en el
estado 2. La cámara de mezclado actúa como un enfriador
intermedio regenerativo, pues enfría el vapor que sale del
compresor de baja presión antes que toda la mezcla entre la
etapa de alta presión del compresor en el estado 3.
 El líquido saturado de la cámara de expansión se estrangula al
pasar a la presión del evaporador en el estado 9.

16.  El proceso de compresión de dos etapas con enfriamiento
intermedio regenerativo se muestra en un diagrama Ts en la
Figura 3.18, en la cual se ha supuesto compresión
isoentrópica. Aunque el mismo refrigerante circula en ambos
circuitos de todo el sistema, los flujos en cada circuito no son
iguales.
 Con objeto de analizar el sistema conviene suponer que en
uno de los circuitos circula la unidad de masa. En este
análisis supongamos que la unidad de masa pasa por los
estados 3-4-5-6 del circuito de alta presión. La fracción de
vapor formado en la cámara de expansión es la calidad x del
fluido en el estado 6 de la figura 3.18 y ésta es la fracción del
flujo que pasa por el condensador que atraviesa la cámara
de mezclado.

17.  La fracción del líquido que se forma es (1-x) y es la
fracción del flujo total que pasa por el evaporador. Se
puede evaluar la entalpía en el estado 3 por medio de
un balance de energía en la cámara de mezclado en
condiciones adiabáticas
 en la que h3 es la única incognita. El efecto de
refrigeración por unidad de masa que pasa por el
evaporador es

18.  La entrada total de trabajo al compresor por unidad de
masa que pasa por el condensador es la suma de las
cantidades para las dos etapas, es decir,
 El coeficiente de funcionamiento del ciclo de
compresión de vapor en dos etapas con enfriamiento
intermedio regenerativo se define como qrefrig/wcomp.

19. APLICACIONES DE LA REFRIGERACIÓN

20.  El trabajo de una planta de refrigeración es enfriar artículos y productos
y mantenerlos a una temperatura más baja que la temperatura del medio
ambiente. La refrigeración se puede definir como un proceso que saca y
transporta más calor.
 Los más viejos y mejores refrigerantes conocidos son el agua el hielo y el
aire.
 Al principio el único propósito de refrigeración fue conservar alimentos.
Los chinos fueron los primeros en descubrir que el hielo aumentaba la
vida y mejoraba el gusto de las bebidas y durante los siglos los esquimales
han conservado los alimentos congelándolos.

21.  A principios de siglo fueron conocidos los términos tales como bacterias
fermentación enmohecimiento, encimas… también se descubrió que el
aumento de microorganismos es dependiente de la temperatura y que
este crecimiento disminuye cuando la temperatura desciende y que el
crecimiento comienza a ser muy bajo a temperaturas debajo de +10 𝑐 𝑜.
 Como consecuencia de este conocimiento fue entonces posible el uso de la
refrigeración para conservar productos alimenticios y el hielo se comenzó
a utilizar con este propósito.
 La electricidad comenzó a jugar un papel muy importante al principio de
este siglo y las plantas mecánicas de refrigeración comenzaron a ser muy
comunes en muchos campos. Por ejemplo, cervecerías mataderos,
pescaderías y fabricación de hielo.

22. Ahora hay numerosas aplicaciones para las plantas de refrigeración como
ejemplos tenemos:
 Conservación de alimentos
 Procesos de refrigeración
 Plantas de aire acondicionado
 Plantas secadoras
 Instalación de enfriamiento de agua
 Contenedores refrigerados
 Bombas de calor
 Fábricas de hielo
 Liofilización

23.  Las aplicaciones en la refrigeración se han agrupado en seis grandes
categorías generales:
Refrigeración domestica
 Este campo está limitado principalmente a refrigeradores y
congeladores caseros. Sin embargo debido a que es muy grande el
número de unidades en servicio, la refrigeración domestica representa
una parte significativa de la refrigeración industrial.
 Las unidades domesticas son de tamaño pequeño teniéndose
capacidades de potencia que fluctúan entre 1/20 y ½ HP y los
compresores son de sellado hermético
Refrigeración comercial
 Se refiere al diseño, instalación y mantenimiento de unidades de
refrigeración del tipo que se tienen en establecimientos comerciales
para su venta al menudeo restaurantes, hoteles e instituciones que se
dedican al almacenamiento, exhibición procesamiento y distribución de
artículos de comercio.

24. Refrigeración industrial
 A menudo de confunde la refrigeración industrial con la
refrigeración comercial porque su división no está
claramente definida. Como regla general, las aplicaciones
industriales son más grandes en tamaño que las
aplicaciones comerciales y, la característica que las
distingue es que requieren un empleado para su servicio.
Algunas aplicaciones industriales típicas son plantas de
hielo grandes empacadoras d alimento, cervecería, lechería
etc.
Refrigeración marina y de transporte
 Se refiere a la refrigeración que se tiene en barcos de tipo
pesquero y barcos de transporte de alimentos. La
refrigeración de transporte se refiere al equipo de
refrigeración utilizado en camiones, conteiner, etc.

25. Acondicionamiento de aire
 Concierne o se refiere a la condición del aire en algún área
o espacio designado. Por lo general involucra no
únicamente el control de la temperatura del espacio, si no
también las condiciones de humedad del mismo filtrado y
limpieza.
Conservación de alimentos
 Es uno de los usos más comunes, ya que la conservación de
los alimentos ´es parte integral de la actividad humana.
Actualmente las grandes poblaciones humanas requieren
enormes cantidades de alimentos, que son producidos en
lugares apartados de esas zonas.