Badillo Martínez Esteban Antonio Grupo Teoría: 09 Grupo Laboratorio: 24 Cuestionario Previo “Ciclo de Refrigeración por Compresión de Vapor” 1. Defina el coeficiente térmico de un refrigerador. El funcionamiento de un refrigerador R y de las bombas de calor HP se expresa en términos del coeficiente de comportamiento, que se define como: QL efectosde enfriamiento COPR trabajode entrada Wneto,e QH efectosde enfriamiento trabajode entrada Wneto,e Estas relaciones pueden ser expresadas también reemplazando las cantidades QL (Calor removido), Q H (Calor aplicado) y Wneto por Q L , Q H y W neto , respectivamente. Note que ambos COPR y COPHP pueden ser mayores que uno. 2. ¿Qué diferencia existe entre una bomba térmica que funciona como calefactor y una que funciona como refrigerador? Son esencialmente lo mismo, su diferencia está en los objetivos que persiguen. El objetivo de un refrigerador es mantener el medio refrigerado a una baja temperatura removiendo calor de él. Descargar calor a una temperatura mas alta que la del medio, es una parte necesaria de la operación, no a propósito. Sin embargo, el objetivo de una bomba térmica que funciona como calefactor es mantener el medio a una temperatura alta. Esto se logra absorbiendo calor de una fuente de baja temperatura, como el aire frío de afuera, dando calor a un medio más templado como una casa. 3. Escriba los procesos que componen un ciclo de refrigeración por la compresión de un vapor. COPHP Badillo Martínez Esteban Antonio Grupo Teoría: 09 Grupo Laboratorio: 24 4. Defina el concepto de la “tonelada de refrigeración” y señale su valor en el SI. La capacidad de enfriamiento de un sistema de refrigeración (que es el rango del calor removido de un espacio refrigerado), es comúnmente expresado en términos de toneladas de refrigeración. La capacidad de un sistema de refrigeración que puede congelar 1 tonelada de agua líquida a hielo a 0 ºC en 24 h se llama tonelada de refrigeración, y es equivalente a 211 (KJ/min) o 200 (Btu/min). 5. El refrigerante se estrangula entre el condensador y el compresor ¿Cómo debe ser el coeficiente de Joule-Thomson del refrigerante positivo o negativo? ¿Por qué? Es negativo. Como se ve en la gráfica de la pregunta 3 la temperatura disminuye de tres a cuatro, lo cual implica que sea negativa. 6. En la respuesta 3 se necesita una expansión ¿Sería conveniente reaizarla en una turbina para obtener trabajo y hacer así más rentable el ciclo? Explique. Si sustituimos el instrumento de estrangulación y lo reemplazamos por una turbina isentrópica, el refrigerante entrará al evaporador en el estado 4’ en lugar de en el estado 4 (gráfica T-s del problema 3). Como resultado, la capacidad de refrigeración se incrementará (por el area bajo la curva en el proceso 4’-4) y el trabajo neto de entrada disminuiría (por la cantidad de trabajo de salida de la turbina). 7. ¿Qué ventajas tiene un estrangulador (válvula o capilar) sobre una turbina en el ciclo de refrigeración por compresión de un vapor? Es más sencillo utilizar válvulas de expansión, que turbinas, pues los beneficios no se justifican con el costo y la complejidad. Si se realza con válvulas se mantiene el modelo más realista para el verdadero ciclo de refrigeración por compresión de vapor. 8. Señale los procesos del ciclo de refrigeración por compresión en un diagrama (h,P) En este diagrama, 3 de los 4 procesos aparecen como líneas rectas, y el calor transferido al condensador y al evaporador es proporcional a las longitudes de las curvas de los procesos correspondientes. Donde los procesos son: 1-2 Compresión isentrópica (compresor) Isobárico Isentálpico, Proceso de estrangulación Isobárico Badillo Martínez Esteban Antonio Grupo Teoría: 09 Grupo Laboratorio: 24 9. Investigue las cualidades que son deseables en un buen refrigerante y señale los dos criterios (por lo menos) para la selección de este en una aplicación dada. Las características deseables en un refrigerante incluyen que estos no sean tóxicos, no sea corrosivo y que no sea flamable y químicamente estable; teniendo un alto valor de la entalpía de vaporización, y por supuesto que no sea muy costoso. Dos importantes parámetros se consideran en la selección de un refrigerante son la temperatura media (la temperatura del espacio refrigerado y del ambiente) con el cual el refrigerante intercambia calor. Para tener un rango razonable en la transferencia de calor, a una diferencia de temperaturas de 5 a 10 ºC que se va a mantener entre el refrigerante y el medio con el cual está intercambiando calor. Si un espacio refrigerado se mantiene a – 10 ºC, por ejemplo la temperatura del refrigerante restante se mantendrá alrededor de los –20 ºC el cual absorbe calor en el evaporador. La más baja presión en el ciclo de refrigeración ocurre en el evaporador, y esta presión debe estar por arriba de la atmosférica para prevenir cualquier fuga de aire dentro del sistema de refrigeración. Por lo tanto un refrigerante podría tener una presión de saturación de una atmósfera o más a –20 ºC en este caso particular.