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M quinas y Equipos T rmicos IES ESTELAS DE CANTABRIA DIAGRAMA DE MOLLIER El refrigerante cambia de estado a lo largo del ciclo frigor fico como hemos visto en el cap tulo anterior. Representaremos sobre el DIAGRAMA de p-h las distintas transformaciones que sufre el refrigerante y obtendremos importantes conclusiones a partir del mismo. Cada refrigerante tiene su propio DIAGRAMA ph. En la figura siguiente puedes ver el DIAGRAMA para el refrigerante R-404A En el eje vertical, se encuentra la presi n absoluta a escala logar tmica. Cuidado con este tipo de escalas, ya que las distancias entre los distintos puntos no son iguales como en una escala decimal. En el eje horizontal se representa la entalp a espec fica (h) en kJ por kg de refrigerante.

Máquinas y Equipos Térmicos IES ESTELAS DE CANTABRIA DIAGRAMA DE MOLLIER El refrigerante cambia de estado a lo largo del …

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1 M quinas y Equipos T rmicos IES ESTELAS DE CANTABRIA DIAGRAMA DE MOLLIER El refrigerante cambia de estado a lo largo del ciclo frigor fico como hemos visto en el cap tulo anterior. Representaremos sobre el DIAGRAMA de p-h las distintas transformaciones que sufre el refrigerante y obtendremos importantes conclusiones a partir del mismo. Cada refrigerante tiene su propio DIAGRAMA ph. En la figura siguiente puedes ver el DIAGRAMA para el refrigerante R-404A En el eje vertical, se encuentra la presi n absoluta a escala logar tmica. Cuidado con este tipo de escalas, ya que las distancias entre los distintos puntos no son iguales como en una escala decimal. En el eje horizontal se representa la entalp a espec fica (h) en kJ por kg de refrigerante.

2 La entalp a podemos definirla como la cantidad de calor que posee el refrigerante en un estado determinado. En el DIAGRAMA P-h se distinguen tres zonas bien diferenciadas que se corresponden con distintos estados f sicos del refrigerante y que quedan delimitadas por la curva de Andrews: Zona de vapor, situada a la derecha de la curva de Andrews Zona de l quido y vapor, situada en el interior de la curva de Andrews Zona de l quido, situada a la izquierda de la curva de Andrews M quinas y Equipos T rmicos IES ESTELAS DE CANTABRIA L NEAS DEL DIAGRAMA DE MOLLIER EL CICLO FRIGOR FICO EN EL DIAGRAMA DE MOLLIER Para dibujar el ciclo frigor fico sobre el DIAGRAMA P-h partiremos de una instalaci n elemental ideal (sin p rdidas de carga) y sobre la que realizaremos unas mediciones: - Presi n de baja: 2 bar - Presi n de alta: 8 bar - Temperatura de aspiraci n.

3 10 C - Temperatura a la entrada de la v lvula de expansi n: 30 C - Refrigerante: 134a Para dibujar el ciclo podemos comenzar por cualquier punto de la m quina. En este caso comenzaremos por la l nea de aspiraci n, aunque el procedimiento siempre es el mismo y se basa en buscar la intersecci n entre dos l neas del DIAGRAMA que representen los datos disponibles para el punto de la m quina que hubi semos seleccionado. Los datos que conocemos para la l nea de aspiraci n son la presi n y la temperatura. En la aspiraci n del compresor hemos medido una presi n de 2 bar (manom trica). Sin embargo, en el gr fico vienen representadas las presiones absolutas, por lo que debemos pasar la presi n relativa a absoluta. Por tanto, su presi n ser de 3 bar. Asimismo, la temperatura en se punto es de 10 C.

4 Localizamos en el DIAGRAMA el punto que tiene una presi n absoluta de 3 bar y una temperatura de 10 C . se punto, que llamaremos 1, se encuentra sobre la intersecci n de la isoterma de 10 C y la isobara de 10 bar. En la figura siguiente podemos ver la localizaci n de dicho punto. M quinas y Equipos T rmicos IES ESTELAS DE CANTABRIA Situado el punto correspondiente a la aspiraci n del compresor, realizaremos ahora el proceso de compresi n. El proceso de compresi n se supone isentr pico y a lo largo del mismo el refrigerante aumenta su presi n hasta la de descarga. Para localizar el punto correspondiente a la descarga (punto 2) dibujamos una l nea isentr pica desde el punto 1 hasta la isobara correspondiente a la presi n de descarga. Para localizar el punto correspondiente a la descarga (punto 2), dibujamos una l nea isentr pica desde el punto 1 hasta la isobara correspondiente a la presi n de descarga.

5 La presi n de descarga es de 8 bar (presi n relativa), y la pasamos tambi n a presi n absoluta, por lo que su valor ser de 9 bar. Finalizada la compresi n del refrigerante llega el proceso de condensaci n. El gas, que se encuentra a una temperatura elevada, comienza a enfriarse en el condensador, cediendo calor sensible y disminuyendo su temperatura hasta la que corresponda al cambio de estado a la presi n de 9 bar (35 C aproximadamente). Como hemos supuesto que no existen ca das de presi n, este proceso se realiza sobre la isobara de 9 bar tal como se muestra en la figura. Como acabamos de ver en la figura, el refrigerante se condensa y se enfr a hasta la temperatura correspondiente a la entrada de la v lvula de expansi n. Este punto se localiza sobre la isoterma correspondiente a 30 C y la isobara de 9 bar (f jate en los datos de los que hab amos partido) y lo llamaremos punto 3.

6 Despu s de la condensaci n llega el proceso de expansi n. Este proceso se supone adiab tico, es decir, durante la expansi n del refrigerante una parte de l se evapora absorbiendo calor del resto del refrigerante que continua es estado l quido, disminuyendo de esa forma su temperatura y presi n. La expansi n se produce siguiendo una l nea adiab tica o isoent lpica desde el punto 3 hasta el punto 4, que coincide con la intersecci n de la adiab tica que pasa por el punto 3 y la isobara correspondiente a la presi n de evaporaci n (3 bar). Finalmente nos queda el proceso de evaporaci n, que al producirse a presi n constante de (recordemos que durante el cambio de estado la presi n y temperatura no cambian) se desarrollar a lo largo de la isobara correspondiente a la presi n de baja desde el punto 4 hasta el punto 1.

7 A medida que se produce la evaporaci n va disminuyendo la cantidad de l quido en el evaporador, aumentando simult neamente la cantidad de vapor hasta que alcanzamos la curva del vapor saturado. A partir de ese momento, la evaporaci n ha concluido, y si a n posible absorber calor, la temperatura del refrigerante comenzar a aumentar hasta alcanzar la aspiraci n M quinas y Equipos T rmicos IES ESTELAS DE CANTABRIA del compresor (punto 1) El ciclo frigor fico quedar finalmente de sta forma: C LCULOS EN EL CICLO FRIGOR FICO A partir del ciclo frigor fico que hemos dibujado podemos realizar algunos c lculos elementales que nos permitir n comprender determinados aspectos del funcionamiento de la m quina: balance energ tico, coeficiente de eficiencia energ tica, relaci n de compresi n y densidad del gas de aspiraci n.

8 Balance energ tico Vamos a estudiar el intercambio de calor que tiene lugar durante todo el ciclo frigor fico. Para ello, debemos tener en cuenta que los resultados que se obtengan son por cada kg de refrigerante que haya disponible. Observa que en el eje de entalp a la unidad es kJ/kg. Calor absorbido en el evaporador: Calor aportado durante la compresi n: M quinas y Equipos T rmicos IES ESTELAS DE CANTABRIA Calor cedido en el condensador: Podemos concluir que: Coeficiente de Eficiencia Energ tica El coeficiente de eficiencia energ tica o coeficiente de rendimiento es la relaci n entre el fr o que produce la m quina y la energ a consumida para ello. Si se compara el calor absorbido por el refrigerante durante la evaporaci n con el calor aportado al refrigerante por el compresor se observa que el calor de evaporaci n es mucho mayor que el calor necesario para el trabajo de compresi n.

9 El COP representa cu ntas veces es mayor uno que otro. Cuanto m s elevado sea el COP, menos calor hay que aportar por el compresor, por lo que el coste del fr o que hemos producido ser m s peque o. Relaci n de compresi n La relaci n de compresi n es la relaci n entre la presi n de condensaci n y la de evaporaci n. Para este c lculo se utilizan presiones absolutas. Cuanto mayor sea la relaci n de compresi n, m s peque a ser la cantidad de refrigerante en circulaci n y la capacidad. Densidad del gas de aspiraci n La densidad del gas de aspiraci n (kg/m3) se calcula mediante la inversa del volumen espec fico (m3/kg). Durante el proceso de compresi n, cuanto mayor sea la densidad del gas absorbido en los cilindros, m s elevada es la cantidad de refrigerante en circulaci n y la capacidad obtenidas.

10 Por lo tanto, cuanto menor sea el volumen espec fico del gas de aspiraci n, mayor es la capacidad. Caudal m sico Es la cantidad de refrigerante que circula por toda la instalaci n en un cantidad de tiempo. Se expresa en Kg/seg Se calcula por la f rmula: CAUDAL M SICO = POTENCIA FRIGOR FICA/Qevaporador M quinas y Equipos T rmicos IES ESTELAS DE CANTABRIA EL RECALENTAMIENTO El recalentamiento se puede definir como la diferencia de temperatura del refrigerante a la salida del evaporador y la temperatura de evaporaci n. Otra forma de definir el recalentamiento ser a la cantidad de calor que aportamos al refrigerante despu s de haberse evaporado. Teniendo en cuenta esta definici n, el recalentamiento supone un aporte de calor sensible al refrigerante y, por tanto, supone un aumento de temperatura.


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