η ε - IES Almudena

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Departamento de Tecnología.
IES Nuestra Señora de la Almudena
Mª Jesús Saiz
TEMA 9: MÁQUINA FRIGORÍFICA Y BOMBA DE CALOR
1.- Máquina frigorífica
Máquina frigorífica es el dispositivo capaz de hacer descender la temperatura de un determinado
objeto o lugar para hacerla inferior a la de su entorno.
La máquina frigorífica toma una cantidad de calor Q2 de un foco frio denominado “evaporador” y cede
una cantidad de calor Q1 a un foco caliente llamado
“condensador”.
Foco caliente
Para que este proceso tenga lugar es necesario suministrar
CONDENSADOR
una cierta cantidad de energía W. La energía mecánica
necesaria puede ser obtenida a partir de un motor eléctrico o
compresor
Q1
La transferencia de calor se realiza mediante un fluido
frigorígeno, que en distintas partes de la máquina sufre
Máquina
Frigorífica
W
transformaciones de presión, temperatura y fase (líquida o
gaseosa); y que es puesto en contacto térmico con los
recintos para absorber calor de unas zonas y transferirlo a
otras..
Q2 (Eútil)
Los fluidos frigorígenos son sustancias que cambian de
estado por condensación o evaporación, a presiones y
temperaturas determinadas.
Foco frio
EVAPORADOR
-
Evaporación: paso de líquido a gaseoso (con suministro
de calor).
-
Condensación o licuefacción: paso de gaseoso a líquido
(enfriando, sustrayendo calor)
Los fluidos frigorígenos no deben ser tóxicos, ni fácilmente inflamables.
Cálculo de la eficiencia o rendimiento:
  
Eútil
Eabsorbida

Q2
Q2
T2


W Q1  Q2 T1  T2
Constitución y funcionamiento:
Las máquinas frigoríficas más extendidas son las de compresión y están constituidas por cuatro
elementos básicos: compresor, condensador, sistema de expansión y evaporador.
El evaporador absorbe el calor del recinto que queremos enfriar, el compresor aumenta la presión del
refrigerante para facilitar su condensación y posibilitar la circulación del fluido. En el condensador el
fluido cambia de fase pasando de gas a líquido. La válvula de expansión reduce posteriormente la
presión provocando el enfriamiento del refrigerante.
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Q1
Condensador
Sistema de expansión
Compresor
Evaporador
Condensador
Q2
Q1
Ciclo teórico presión-volumen (Carnot)
P
Q1
3
Válvula de
expansión
2
Compresor +
Motor de arranque
1
4
Q2
V
Evaporador
Q2
Está formado por dos transformaciones
adiabáticas y dos isóbaras
1 2 : Compresor: comprime el fluido frigorígeno que le llega en estado de vapor, con lo que reduce su
volumen y aumenta su presión y su temperatura. Y facilita la circulación del fluido a
lo largo del ciclo.
2 3 : Condensador: es un intercambiador de calor donde se licua el fluido frigorígeno por circulación
de aire o de agua. En este proceso se cede una cantidad de calor Q1 y el fluido
disminuye su volumen, a presión constante.
3 4 : Sistema de expansión: el fluido líquido se expansiona disminuyendo su presión y aumentando
su volumen. Este proceso supone una reducción brusca de temperatura.
4 1 : Evaporador: es un intercambiador de calor donde el fluido entra a baja presión y temperatura. El
evaporador absorbe calor del recinto donde está situado Q2 y transforma el fluido
en vapor, y provoca enfriamiento de su entorno.
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2.- Bomba de calor
Es una máquina frigorífica capaz de aprovechar el calor cedido en el condensador para calentar un
determinado espacio.
La bomba de calor está destinada y proyectada para producir un efecto frigorífico en el evaporador y un
efecto calorífico en el condensador.
Foco caliente
Cálculo de la eficiencia o rendimiento:
CONDENSADOR
  
Q1(Eútil)
Máquina
Frigorífica
W
Eútil
Eabsorbida

Q1
Q1
T1


W Q1  Q2 T1  T2
Las bombas de calor reversibles pueden funcionar como
dispositivos de calefacción en invierno o como máquina frigorífica
en verano.
Llevan una válvula inversora de ciclo que se encuentra a la salida
del compresor y, según la temperatura del medio a climatizar
(medida en la presión de refrigerante antes de ingresar al
compresor), invierte el flujo del refrigerante.
Q2
Foco frio
EVAPORADOR
Constitución y funcionamiento:
Las bombas de calor más extendidas son las de compresión y están constituidas por cuatro elementos
básicos: compresor, condensador, sistema de expansión y evaporador.
Q1
Local
calentado
Condensador
Sistema de expansión
Compresor
Evaporador
Local
refrigerado
Q2
Tanto el esquema como el ciclo termodinámico P-V, son iguales a los estudiados en máquinas
frigoríficas.
El fluido refrigerante a baja temperatura y en estado gaseoso pasa por un compresor, que eleva
su presión y aumenta su temperatura. Una vez comprimido el fluido refrigerante, pasa por
un intercambiador de calor llamado 'condensador', y ahí cede calor al foco caliente Q1, por lo que el
fluido se enfría y cambia a estado líquido. Después, a la salida del condensador, se le hace atravesar
por una válvula de expansión, lo cual supone una brusca caída de presión. A esa presión, el fluido
refrigerante empieza a evaporarse. Este efecto se aprovecha en el intercambiador de calor
llamado evaporador y con ello absorbe calor del foco frío Q2. El fluido evaporado regresa al
compresor, cerrándose el ciclo.
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3.- Ejercicios:
PAU Junio 2011/2012
a) Indique los elementos fundamentales de un sistema de refrigeración empleando vapor.
b) Describa lo que le ocurre al fluido refrigerante en cada uno de ellos.
c) Indique una desviación respecto al ciclo de Carnot reversible que ocurre en los sistemas reales
de refrigeración
Ejercicio PAU Junio 2010/2011
El frigorífico de un restaurante tiene dos compartimentos aislados, con dos máquinas
independientes: una para refrigeración a 4 °C y otra para congelación a -25 °C. Sabiendo que
ambas máquinas funcionan de acuerdo al Ciclo de Carnot, y que la temperatura media del local
donde se encuentra el frigorífico se mantiene en 25 °C, calcule:
a) La eficiencia de la máquina utilizada para refrigeración.
b) La eficiencia de la máquina utilizada para congelación.
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