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Máquinas y Equipos Térmicos.
TEMA 5: EL CICLO FRIGORÍFICO
Prof. Santiago G.
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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
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Tratamientos del aire
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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
Aire Con Tª y HR
deseada
Aire EXTERIOR
Aire INTERIOR
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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
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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
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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRESISTEMA 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 ºCTª int. Requerida = 18 ºC
COMPUERTAS ABIERTAS AL 100%
Caso 2.
Tª Ext. = 30 ºCTª int. Requerida = 18 ºC
COMPUERTAS ABIERTAS AL MÍNIMO
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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRESISTEMA FREE COOLING (enfriamiento gratuito)
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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.
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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE* RECUPERADORES ENTÁLPICOS *
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CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESIÓN DE VAPOR
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CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESIÓN DE VAPOR
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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]
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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)
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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.
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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
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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
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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.
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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)
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a) CALIDAD del refrigerante a la entrada y salida de la fase de expansión.Calidad entrada expansión: 0Calidad salida expansión: 0,5
b) CALIDAD del refrigerante a la salidad del evaporadorCalidad salida evaporador: 1
c) TEMPERATURA entrada/salida expansor:Tª ent. EXP. = 55ºCTª sal. EXP. = - 27ºC
d) TEMPERATURA entrada/salida evaporador:Tª ent. EVAP. = -27ºCTª sal. EVAP. = - 27ºC
e) PRESIÓN entrada/salida evaporador:P = 0,1 Mpa = 1 bar
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CICLO DE COMPRESIÓN
POTENCIA FRIGORÍFICA: Calor que se absorbe del medio a refrigerar por unidad de tiempo (Qf), será equivalente al calor que absorbe 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
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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.
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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
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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.
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CICLO DE COMPRESIÓN CON SUBENFRIAMIENTO
El SUBENFRIAMIENTO tiene como consecuencias:a) Se absorbe más calor en el evaporadorb) Disminuye el tamaño del compresor, dado que hace
falta menos refrigerante a igualdad de necesidades de frío
c) Aumenta el COP, el rendimiento frigorífico
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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
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Ejercicio 5.20 (pág. 83)