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DIAGRAMA DE MOLLIER Y CICLOSDE REFRIGERACIN
Ing. Martn Sifuentes Inostroza
Reg. C.I.P. N 53259
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DIAGRAMA PRESIN - ENTALPA(DIAGRAMA DE MOLLIERE)
DIAGRAMAS DE CICLO:
Un buen conocimiento del ciclo compresin - vapor
requiere un estudio intensivo de no solamente losprocesos individuales que conforman el ciclo sino
tambin los enlaces que existen entre varios
procesos y de los efectos que tienen los cambios en
cada proceso particular relacionados con los demsprocesos del ciclo.
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Los diagramas frecuentemente usados en elanlisis del ciclo de refrigeracin son el diagramade presin entalpa ( p - h ) y el diagrama deTemperatura - entropa (T - s). De los dos, eldiagrama de presin - entalpa parece ser el mstil.
Entropa es la cantidad total de calor que tiene 1Kg de refrigerante.
Como es un poco complicado explicar lo que laentropa es especficamente, podramos omitirlaaqu
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SISTEMA DEL DIAGRAMA PRESIN ENTALPA:
En el diagrama tpico p-h, la carta est dividida entres reas las cuales estn separadas cada una de
la otra por las curvas de lquido saturado y gas
saturado. El rea de la izquierda de la curva del
lquido saturado en el diagrama es llamada regin
sub-enfriada. En cualquier punto en la regin
sub-enfriada el refrigerante est en el estado
lquido, y su temperatura est por debajo de latemperatura de saturacin correspondiente a esa
presin.
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El rea a la derecha de la curva de gas saturado es la
regin sobrecalentada y el refrigerante est en la
forma de gas sobrecalentado. La seccin central de la
carta, entre las curvas de lquido saturado y de gas
saturado, representa el cambio de fase del
refrigerante entre los estados de lquido y gas. En
cualquier punto entre las dos curvas el refrigerante
est en la forma de mezcla de gas y lquido.
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En el grfico, el cambio de fase de lquido a estado de
gas toma lugar progresivamente de izquierda a
derecha, mientras que el cambio de fase de gas a
estado lquido ocurre de derecha a izquierda. Muycerca a la curva de lquido saturado la mezcla lquido
- gas es casi todo lquido; mientras ms cerca a la
curva de gas saturado, la mezcla lquido - gas es casi
todo gas.
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En la figura anterior, las lneas de condicinconstante extendindose de arriba a abajo a
travs de la seccin central del grfico y
aproximadamente paralela a las curvas delquido y gas saturados, Indican la fraccin de
gas en la mezcla en incrementos de 0.10.
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Por ejemplo en cualquier punto de la lnea de
calidad constante cercana a la curva dellquido saturado, la condicin de la mezcla
lquido gas es 0.10 (10 %), lo cual significa que
el 10% (en peso) de la mezcla es gas,
similarmente la condicin indicada de la
mezcla en cualquier punto a lo largo de la
lnea de calidad constante cercano a la curva
de gas saturado es 90% y la cantidad de gas enla mezcla lquido - gas es 90%.
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Considerando que el grfico p-h estbasado en 1 Kg de refrigerante, el
volumen dado es el volumen
especfico, la entalpa est en Kcalpor Kg, y la entropa est en Kcal por
Kg por grado absoluto de
temperatura.
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Los valores de entalpa se
encuentran en la escala horizontal en
la parte inferior del grfico y los
valores de entropa y volumen estndados adyacentemente a las lneas
de entropa y volumen
respectivamente.
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Los valores de entalpa y entropa
estn basados en el punto standard
de 0 C seleccionado
arbitrariamente, donde la entalpa es100 Kcal/Kg. y la entropa es 1
Kcal/kg K en estado lquido.
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CAMBIOS TERMODINMICOS:
Un cambio adiabtico es aquel en que no hay
flujo de calor hacia adentro o hacia afuera del
sistema. Si el medio es tal que obedece a la ley
de los gases perfectos en la regin encuestin, la relacin funcional entre la presin
y el volumen es pVk = const., dnde k = Cp/CV.
Cp y CV son los calores especficos a presin yvolumen constante respectivamente.
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Un cambio isotrmico es aquel en que la
temperatura de trabajo de la sustancia
permanece constante. Este tipo de compresin
sera la ms efectiva pero fsicamente imposible.
Un cambio isoentrpico requiere que la entropa
de la sustancia permanezca constanteadicionalmente al estado adiabtico que tenga.
Un cambiopolitrpico para un gas, es el que
sigue la trayectoria representada por pVn =const., donde (1 < n < k).
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CICLO BSICO DE REFRIGERACIN
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CICLO BSICO DE REFRIGERACIN
Es el ciclo ideal que se genera del trabajo de los cuatrocomponentes bsicos y sus procesos ideales. Los estados A y Cpueden estar saturados (ideal) o sobrecalentados sin ms causa quela transferencia de calor en el evaporador y condensadorrespectivamente.
Sea Q1 el calor que absorbe el evaporador y Q2 el calor que eliminael condensador :
= 1 =
2 =
=
=
=
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CICLO BSICO CON REGENERACINDE CALOR
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CICLO BSICO CON REGENERACIN DE CALOR:
Es el ciclo bsico generado cuando seunen las lneas de lquido y succin del
sistema con la finalidad de sobrecalentar
la succin y sub enfriar la lnea lquida.Este arreglo trae un efecto ventajoso en
el ciclo bsico obtenido pues permite
alargar el ciclo horizontalmente y porlo tanto aumentar el efecto refrigerante.
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Este aumento del efecto refrigerantepermite un aumento en la capacidad
del sistema aunque no sea
considerable pues la temperatura ala salida del compresor siempre es
un limitante para un mayor
sobrecalentamiento.
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Aplicacin:
La principal ventaja de unir las lneas de lquido y vapores sobrecalentar la succin para asegurar la llegada devapor al compresor y evitar daarlo.
Asimismo la salida adicional de calor de la lnea lquida
es asegurar la llegada de lquido al dispositivo deexpansin para que el sistema no pierda eficiencia.
Se puede apreciar tambin que el ciclo bsico se
alarga horizontalmente lo cual hace mejorar el efectorefrigerante y por lo tanto la capacidad del sistemaaunque en forma muy pequea
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SISTEMAS MLTIPLES
CON 1 EVAPORADOR Y 1 COMPRESOR:
Sistema mltiple con separador de vapor
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CON 2 EVAPORADORES Y 1 COMPRESOR:
Sistema mltiple con dos evaporadores
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CON 1 EVAPORADOR Y 2 COMPRESORES
(CON INTERCOOLER):
Sistema mltiple con intercooler
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Aplicacin:a) El intercooler permite enfriar al refrigerante entre dos etapas de compresin para
ahorrar energa de compresin; al estar el refrigerante ms fro se contrae y permite
bombear ms refrigerante.
b) Adems el uso de dos compresores permite controlar la relacin de compresin de
cada compresor y optimizar su funcionamiento cuando se necesite hacer bastante fro.
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SISTEMAS EN CASCADA
Se denomina as a todo aquel sistema quetiene un intercambiador de calor que sirve deevaporador en un ciclo y a la vez de
condensador en otro. El refrigerante que circula por cada uno de los
ciclos es diferente, siendo a su vez los ciclosindependientes uno del otro.
Con los estos sistemas se pueden alcanzarhasta -100 C utilizndose sucesivas cascadas.
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Sistema mltiple con cascada
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PROBLEMAS DE APLICACIN
PROBLEMA 1.- Una cmara frigorfica est compuesta porun sistema mltiple de 2 evaporadores y un compresor. Lacapacidad de refrigeracin es de 1,5 TON y el sistema utilizarefrigerante R-22. La temperatura de condensacin es de40 C y el vapor entra al condensador sobrecalentado. La
temperatura de trabajo de cada evaporador es -15 C y -30C respectivamente y el evaporador de ms bajatemperatura recoge 1 TON. Hallar:
a. Flujo total de refrigerante.
b. Pot del compresor.
c. COP del sistema.
d. A qu temperatura entra el refrigerante alcondensador?
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PROBLEMA 2.- Para una aplicacin frigorfica seutiliza un sistema mltiple de 2 compresores y unevaporador (con intercooler), teniendo undepsito separador que a la vez es un enfriadorintermedio. La evaporacin del sistema es de 4TON y se utiliza R-12 como refrigerante.
Datos: Tamb= 30 CTemperatura Cmara frigor. = -10 C
Calcular:
a. La potencia terica de los compresores. b. El COP en TON/ HP
c. El calor disipado en el condensador en 1 hora.
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PROBLEMA 3.- Un sistema de refrigeracinnecesita una temperatura de cmara de -60 Cpara lo cual utiliza un sistema en cascada conlos refrigerantes R-22 y R-502. La cargatrmica del sistema es de 4 TON. Si el
compresor de alta recibe al refrigerante a -15C y la temperatura ambiente es de 25 C,calcular:
a. El flujo de cada refrigerante.
b. La potencia de cada compresor.
c. El COP del sistema.
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