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Diferencia entre revisiones de «Máquina frigorífica»

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[[File:FocoFrioCaliente.png|thumb|Máquina térmica-Máquina frigorífica]]
 
Una '''máquina frigorífica''' es un dispositivo cíclico que transfiere energía térmica desde una región de baja temperatura hasta otra de alta temperatura, gracias al trabajo aportado desde el exterior,<ref>Çengel, Yunus A. Çengel & Michael A. Boles. ''Termodinámica''., página 583. McGraw-Hill. isbn 970-10-0911-8</ref> generalmente por un [[motor eléctrico]]. Los ciclos en los cuales operan se llaman ciclos de [[refrigeración]], de los cuales el empleado con más frecuencia es el ciclo de [[refrigeración por compresión]] de vapor. Otro ciclo muy empleado es el ciclo de ''refrigeración de gas'' y también el de [[refrigeración por absorción]] .
 
Los fluidos de trabajo utilizados en estos ciclos se llaman [[refrigerante]] o fluidos frigorígenos, que en distintas partes de la máquina sufren transformaciones de [[presión]], [[temperatura]] y fase (líquida o gaseosa) y mediante las cuales se realiza la transferencia de energía.
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== Ciclo frigorífico de compresión ==
 
El ciclo frigorífico más utilizado es el de [[Refrigeración por compresión|compresión de vapor ]] que es el inverso del de la [[máquina de Carnot]]. El ciclo de Carnot es totalmente reversible, por consiguiente todos los procesos que comprende pueden invertirse. El ciclo permanece exactamente igual, excepto que las direcciones de cualquier interacción de calor y de trabajo están invertidas.
[[File:Diagrama P-vCarnotFrigo.png|thumb|left|350 px|Ciclo de refrigeración de Carnot]]
 
=== CoP máximo teórico ===
 
Se absorbe calor en una cantidad <math>Q_2</math> del foco frío y se deposita en la cantidad <math>Q_1</math> en el foco caliente, para lo que se aporta un trabajo <math>W</math>. Los principios enunciados por Carnot<ref>Yunus A. Çengel & Michael A. Boles. Termodinámica. página .</ref> se pueden expresar aquí del modo siguiente:
:::1.- '' La eficiencia de una máquina frigorífica irreversible, siempre es menor que la eficiencia de una reversible que opera entre los mismos focos.''
:::2.- ''Las eficiencias de todas las máquinas frigoríficas reversibles que operan entre los dos mismos focos son iguales.''
La '''eficiencia'''<ref> En todo tipo de máquina térmica, se cambia la denominación de ''rendimiento'' por la de ''eficiencia'' para evitar confusión, ya que el valor obtenido en la mayoría de los casos es muy superior al 100 %, lo cual resultaría sorprendente para un rendimiento, que normalmente expresa la efectividad en la generación de energía. Las máquinas térmicas se dedican a transportar la energía, no a generarla, y en esa función, sí se puede alcanzar una efectividad superior a la unidad. De esta forma un CoP = 3 significa que se transportan 3kW por cada kW que se consume.</ref> para esta máquina teniendo en cuenta que el beneficio obtenido es la cantidad de calor <math>Q_2</math> extraída del foco frío, es:
:::::<math>CoP_R=\frac {Q_2}{W} = \frac {Q_2}{Q_1 -Q_2}=\frac {T_2}{T_1 -T_2}=\frac {1}{\frac{T_1}{T_2}-1}</math>
 
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=== CoP teórico de funcionamiento ===
 
Cuando la máquina es real y trabaja en un ciclo con un refrigerante determinado, se puede representar el ciclo en el diagrama correspondiente:
El punto 1 como se puede ver en el diagrama, está situado a la salida del [[Máquina de Carnot|condensador]] del que el [[refrigerante]] sale en estado de líquido saturado, por eso está sobre esa curva en el [[Diagrama Ph|diagrama]]. A partir de este punto el líquido pasa por la [[Válvula de expansión termostática| válvula de expansión]], en la que se produce una caída de presión sin intercambio de calor, es decir a [[entalpía]] constante. Por eso la línea 1-2 representa la evolución del fluido al pasar por la [[Válvula de expansión termostática| válvula de laminación]].
 
[[File:Diagrama P-hCicloTeórico.png|thumb|350 px|Diagrama P-h. Ciclo frigorífico teórico de compresión]]
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[[File:SectoresMaquinaFrio.png|thumb|left| 350 px|Pérdidas de eficiencia de una máquina frigorífica de compresión]]
 
=== CoP real ===
 
Si se llevan al diagrama los valores de la presión y temperatura del [[refrigerante]] tal como evolucionan en el funcionamiento de una máquina real, el ciclo teórico queda distorsionado.<ref> Zamaro, L. T.Zamaro. ''Técnica de las instalaciones frigoríficas industriales''. Ediciones Gustavo Gili.</ref> Por una parte, las presiones o temperaturas al paso por evaporador y condensador no se mantienen constantes, sino que sufren una caída correspondiente a las pérdidas de presión por fricción en los serpentines de ambos intercambiadores. En el punto 3, se produce una pequeña pero brusca caída adicional de presión, debida al paso del refrigerante por la restricción de la válvula de admisión. Lo mismo ocurre en el punto 4 con la válvula de escape. La presión alcanzada por el compresor, debe ser superior a la teórica para compensar estas pérdidas de carga.
 
Tampoco la adiabática real de compresión es exactamente isentrópica, sino que corresponde a una transformación politrópica con exponente inferior a la [[Proceso adiabático|adiabática]] y lo mismo ocurre con la expansión adiabática en la válvula, que se desvía de la vertical dependiendo del estado del vapor que queda en el espacio nocivo del [[compresor]] al finalizar la carrera de descarga. El funcionamiento del ciclo en régimen húmedo o seco, tiene una gran influencia en la desviación de estas líneas respecto a las teóricas.
 
Con todas estas circunstancias, el CoP que se puede esperar de una máquina real, es bastante inferior a los obtenidos anteriormente. La influencia de cada una de las irreversibilidades en la pérdida de eficiencia del ciclo, se muestran en el diagrama de sectores. En él se ve que la mayor pérdida se produce por razón de la eficacia del intercambio de calor. Esta, se puede mejorar mucho con el uso de ventiladores, pero ellos suponen un consumo a mayores que hay que contabilizar. Como se indica, el CoP real se queda en un 15 % respecto del máximo teórico obtenido por la ecuación de [[Ciclo de Carnot|Carnot]]. Usando técnicas de optimización del ciclo se puede alcanzar hasta un 20 %.
 
El '''''CoP real''''' de una máquina real funcionando en unas condiciones determinadas, se puede obtener por la relación entre la energía térmica realmente extraída<ref> En el caso de la bomba de calor, será la energía aportada al local en un tiempo determinado (potencia calorífica) con relación a la energía consumida en ese mismo intervalo</ref> en un tiempo determinado (Potencia frigorífica), y la energía consumida en el mismo tiempo (Potencia consumida), es decir, la medida por un contador (watímetro).
 
=== CoP estacional ===
 
En el caso de la [[bomba de calor]], el CoP depende mucho de las condiciones del ambiente exterior, que es la fuente fría de donde se extrae el calor. Como la temperatura exterior es variable con las condiciones climáticas, el CoP instantáneo o de un corto intervalo de tiempo, no es representativo del rendimiento que obtendremos a lo largo del periodo invernal, que a la postre es lo que interesa. Para paliarlo, se utiliza el '''''CoP estacional''''', que es un cociente entre la energía térmica aportada por la máquina durante todo el invierno y la energía eléctrica consumida en el mismo periodo, es decir, la correspondiente a calefacción en los recibos de electricidad de la temporada invernal.
 
== Véase también ==▼
 
 
 
▲== Véase también ==
* [[Refrigeración]]
* [[Refrigeración por absorción]]
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== Bibliografía ==
 
* F.J. Rey& E.Velasco.''Bombas de calor y Energías renovables en edificios''.(U.V.A).Thomson.Madrid (2005)▼
* Rapin, P. J.Rapin. (1993).''Instalaciones frigoríficas''.marcombo Marcombo Boixerau Editores. isbn 84-267-0348-8
▲* Rey, F. J. Rey& E. Velasco.''Bombas de calor y Energías renovables en edificios''. (U.V.A). Thomson. Madrid (2005)
* Pita, Edwuard G. Pita.(1991). ''Principio y sistemas de refrigeración''. Editorial Limusa. isbn 968-18-3969-2
 
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