Ciclo Frigorifico

En entradas anteriores describimos el ciclo frigorífico y su trazado en el diagrama entálpico.

Si retomamos los cálculos de esa entrada, ahora podemos hacer el balance del circuito frigorífico tratado.

Fluido: R134a

Si miramos los puntos del diagrama entálpico, obtenemos los seguintes puntos:

...

• Punto (I) - Temperatura de evaporacion (medida con el Manómetro).
• Punto (B) - Presion de aspiracion (medida con el Manómetro).
• Punto (B) - Temperatura de aspiracion (medida con el termómetro), a 15 cm de la aspiracion del compresor
• Punto (C) -Temperatura de condensacion (medida con el termometro), medida con el termómetro al medio del condensador si posible.
  
• Pinto (C) - Presion de descarga (medida con el manómetro de HP(alta presion))
• Punto (C) - Temperatura de descarga (medida con el termómetro), 15 cm despues de la salida del compresor
• Punto (H) - Temperatura del liquido (Medida con termómetro), entrada da válvula de expansion
• Punto (A) - Temperatura salida del Evaporador (Medida con Termómetro)

Veamos la seguinte imagen

Cuidado en no confundir la temperatura de evaporación leída en el manómetro con la a temperatura de aspiración medida en la válvula de aspiración con un termómetro.

Ahora es posible determinar las otras características de este circuito:

• 1 - Sobrecalentamiento en la aspiración = Temp de aspiracion(medida con termómetro) - temp. evaporacion (Manómetros) = 5 - (-10) 15 oC
• 2 - Sobrecalentamiento en la descarga = Temp Descarga (termómetro) -Temp condensacion (manómetros) = 60 - 39 = 21 oC
• 3 - Subenfriamiento del líquido = Temp Descarga (manómetros) -Temp condensacion (termómetros) = 39 - 25 = 14 oC
• 4 - Relación de compresión: r = Alta presion / baja presion = 10/ 2 = 5 (la relación de compresión se calcula con las presiones absolutas)
• 5 - Rendimiento volumétrico: Rend Volumétrico (nv)  = 1 - 0,05 * Relación de compresion = 1 - 0, 05 x 5 = 0, 75

Si en las instrucciones del constructor leemos que el compresor tiene un volumen barrido de 70 m3/h, podemos realizar los siguientes cálculos:

• 6 - Volumen aspirado: Va = Vb (Vol Barrido)*Rv (Rendimiento Volumétrico) = 70 x 0, 75 = 52,5 m3/h
• 7- Volumen específico de los vapores aspirados: v" = 0,107 m3/kg (condiciones del punto B leido en el diagrama).
• 8 - Caudal másico del fluido: qm = Va/v" = 52,5/0,107 = 490,6 kg/h
• 9 - Potencia mecánica teórica para la compresión:

Un kilogramo de fluido que pasa por el compresor necesita una energía de:

Wth = hC(entalpia punto C) - hB(entalpia punto B) = 441 - 405 = 36 kj/kg

Pero 490,6 kg de fluido atraviesan el compresor cada hora ya que qm(caudal Másico) = 490, 6 kg/h. Por hora de funcionamiento, hace falta pues una potencia de:

Pth = 36 x 490,6 = 17 661 kJ/h

Explicado: Potencia mecanica compresion = diferencia de entalpias (36) * caudal Másico(490,6)

Como 1 kW = 1 k.J/s, la potencia proporcionada al fluido para la compresión es:

Pth (Potencia proporcionada al fluido para la compresion) = 17 661 / 3 600(segundos que tiene una hora) = 4,9 kW

• 10 - Potencia mecánica útil en el árbol del compresor (Puc):

La potencia que acabamos de calcular es la comunicada al fluido pero, para proporcionar 4,9 kW al fluido, el motor debe absorber más energía a la red de suministro eléctrico.

En efecto, diferentes rendimientos se tienen en cuenta, tanto al nivel del motor como al nivel del compresor.

 En lo que concierne al compresor, se consideran dos rendimientos principales, llamados rendimiento indicado y rendimiento mecánico ( estas nociones serán más detalladas en otra entrada).

El rendimiento indicado (ni), que varía según el tipo de compresor, es a menudo considerado para los cálculos como sensiblemente igual al rendimiento volumétrico: ni=nv

El rendimiento mecánico (nm) depende del tipo y del tamaño del compresor. Para los compresores modernos, a menudo tomamos un valor de 0,9.

En nuestro caso, consideramos que: ni(Rendimiento indicado) = 0,75 y nm(Rendimiento mecanico) = 0,9

Entonces la Potencia mecanica util  (Puc)=4,9 / (0,75*0,9) = 7,26Kw

• 11 - Potencia del condensador (Pk):

Para un kilogramo de R134a que pasa por el condensador, el calor evacuado corresponde a la diferencia de entalpía entre C y H

O sea Ah = hC-hH = 441 - 234 = 207 kJ/kg

Pk(potencia condensador)=Qm(caudal Másico)*Ah(Diferencia de entalpias)

Pk = 490,6 * 207 =  101504/3600 = 28,2 Kw

• 12 - Potencia del evaporador (Pev)

El evaporador tiene una potencia frigorífica que corresponde a la producción frigorífica neta. Hay que tomar pues en consideración la entalpía de los vapores en la salida del evaporador (bulbo) y no en la aspiración del compresor.

Entonces la diferencia de entalpias es:


Ah = hA- hI = 398 - 234 = 164 kJ/kg

Pev (Potencia del evaporador) = qm(caudal másico)* Ah(diferencia de entalpias) = 490,6 x 164 = 80 458 kJ/h

tenemos que dividir por 3600 segundos que tiene 1 hora:


Pev=80458/3600 ==>22,3 KW

EJERCICIOS

Medimos, en un circuito que funciona con R717, los siguientes puntos:

• Manómetro aspiración:1,5 Bares
• Manómetro de descarga: 9 Bares
• Temperatura de aspiracion: 0ºC
• Temperatura del liquido en la Válvula de expansion: 20ºC
• Recalientamiento: 5ºC

• Trace el ciclo frigorífico nel diagrama entalpico.

 

• Calcule la potencia frigorífica para un caudal másico de 40 kg/h.

Caudal Másico (Qm)= Va(Volumen aspirado)/V" (Volumen especifico)

Volumen aspirado(Va)= Vb(Volumen de barrido* Rv(Rendimiento volumétrico))

Vb= 40 m3/h

Rv=1-0,05 * Relacion de compresion

Relacion de compresion = Pa/Pb ==> 10/2,5 = 4

Rv=1-0,05*4 ==> 1-0,20 = 0,80

Va= Vb * Rv ==> 40 * 0,80 = 32 m3/h