1 Refrigerador

Un refrigerador es un dispositivo que extrae calor de un foco que est ms fro que el ambiente (como el interior de un frigorfico, a 5C) y lo vierte en el ambiente (a 22C, por ejemplo). Para funcionar, un refrigerador requiere un trabajo adicionalWin, que aumenta el calor de desechoQoutque se entrega al ambiente.Un frigorfico o un aparato de aire acondicionado son ejemplos de refrigeradores. En su uso habitual, lo que hacen los refrigeradores y aparatos de aire acondicionado es principalmente, mantener constante la temperatura del interior de una cmara o habitacin, expulsado de forma continua el calor que va entrando por las paredes (aparte, si se introduce un objeto caliente en un frigorfico, ste se encarga de bajar la temperatura del objeto, consumiendo un trabajo adicional).

Ambos operan sobre el mismo principio. Un compresor eleva la temperatura del fluido de trabajo a base de realizar trabajo sobre l. El fluido, a temperatura superior a la ambiente, es puesto en contacto con ste en uncondensador(una rejilla,p.ej.), liberando calorQout. El fluido enfriado, pasa por una vlvula de expansin, donde su temperatura cae por debajo de la del foco fro. Puesto en contacto con este foco (la cmara frigorfica o la habitacin) mediante otra rejilla conocida comoevaporador, absorbe calor de ste,Qin. De ah vuelve al compresor, recomenzando el ciclo.

Para los refrigeradores se define elcoeficiente de desempeo(COPR) segn el mismo principio que para las mquinas trmicas siendo lo que se saca el calorQinque se extrae del foco fro y lo que cuesta el trabajoWinnecesario para ello

A diferencia del rendimiento de una mquina trmica, el coeficiente de desempeo puede ser mayor que la unidad (normalmente lo es, de hecho).Dado que refrigeradores y bombas de calor operan en ciclos, el coeficiente de desempeo puede definirse en trminos de los flujos de calor y trabajo

donde cada flujo se calcula dividiendo el calor o trabajo intercambiados en un ciclo dividido por el periodo de ste.En el diseo de refrigeradores se suele usar como unidad lafrigora(fg), definida como 1 kcal (= 4186 J) de calor extrado. Tambin, como unidad de potencia, se usa la frigora/hora (fg/h), llamada errneamente como frigora a secas, que nos da el flujo de calor extrado.2 Bomba de calor

Una bomba de calor se basa en el mismo principio que un refrigerador, salvo que se emplea para pasar calor del ambiente a un foco ms caliente, como una habitacin, para caldearla. Para esto el, circuito debe estar situado de manera opuesta al caso del refrigerador. El compresor enva el fluido a alta presin al un condensador en el interior de la habitacin, donde libera calor por estar a ms temperatura que el ambiente. pasa entonces por la vlvula hacia el exterior, donde se evapora y cae por debajo de la temperatura exterior, absorbiendo calor en el evaporador. Vuelve entonces al compresor, reiniciando el ciclo.En el uso habitual, lo que hace una bomba de calor es principalmente mantener constante la temperatura del interior de una cmara o habitacin, reintroduciendo de forma continua el calor que va escapando por las paredes (aparte, si se introduce un objeto fro en una habitacin, la bomba de calor se encarga de elevar la temperatura del objeto, consumiendo un trabajo adicional).

En el caso lmite de una estufa (de resistencia elctrica, por ejemplo), lo que ocurre es que no se extrae calor del exterior y todo el calor que entra en la habitacin procede del trabajo consumido.Para que un mismo aparato pueda funcionar como aire acondicionado en verano y bomba de calor en invierno, es necesario un sistema de vlvulas que permita que el vapor fluya en direcciones opuestas segn el uso que se le de.En el caso de una bomba de calor lo que se saca es el calorQout, por lo que el coeficiente de desempeo de una bomba de calor se define como

o, empleando los flujos de calor y trabajo

De esta definicin se tiene que el coeficiente de desempeo de una bomba de calor y del refrigerador correspondiente se diferencian en 1.

y por tanto el coeficiente de desempeo de una bomba de calor es como mnimo 1. Un valor de 1 quiere decir que no se extrae ningn calor del foco fro, sino que simplemente se transforma trabajo en calor. Esto es lo que hace, por ejemplo, una estufa de resistencia.Para una bomba de calor real el COP puede ser de 4. Esto quiere decir que para aportar 4J de calor a una habitacin solo consume 1J de energa elctrica (mientras que una estufa consumira los 4J). Las bombas de calor son por tanto ms eficientes como sistema de calefaccin, pero requieren instalaciones ms grandes y poseen problemas de funcionamiento si la temperatura exterior es demasiado baja.