tema 5: uta y diagrama de mollier

Máquinas y Equipos Térmicos.

TEMA 5: EL CICLO FRIGORÍFICO

Prof. Santiago G.

Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO

Prof. Santiago G.

U.T.A. (TEMA 4+)

TEMA 5: EL CICLO FRIGORÍFICO

DIAGRAMA DE MOLLIER

Tratamientos del aire


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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE

Aire Con Tª y HR

deseada

Aire EXTERIOR

Aire INTERIOR


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RECORDATORIO:

Mezcla de DOS caudales de aire

húmedo

V1 / V3 = ( T3 – T2 ) / ( T1 – T2 )

El punto 3 sobre la recta de unión entre 1 y 2


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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRESISTEMA FREE COOLING (enfriamiento gratuito)

SISTEMA FREE COOLING:Apertura motorizada de compuertas del caudal de entrada

de aire, que permite una regulación en función de las necesidades térmicas.

Caso 1.

Tª Ext. = 18 ºCTª int. Requerida = 18 ºC

COMPUERTAS ABIERTAS AL 100%

Caso 2.

Tª Ext. = 30 ºCTª int. Requerida = 18 ºC

COMPUERTAS ABIERTAS AL MÍNIMO


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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRESISTEMA FREE COOLING (enfriamiento gratuito)


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LOS RECUPERADORES ENTÁLPICOS permiten recuperar la energía del aire de expulsión mediante intercambiadores

en los cuales los caudales de aire de entrada y salida se cruzan pero no se mezclan, sólo intercambian energía.


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U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE* RECUPERADORES ENTÁLPICOS *


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CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESIÓN DE VAPOR


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COMPRESOR: Aspira refrigerante a baja presión y Tª y lo expulsa al

condensador (tubería de descarga) como vapor sobrecalentado a alta

presión y Tª (gracias al motor eléctrico).

[Ejemplo: Sale a 85-90ºC y en la tubería de descarga pierde ~10ºC]


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CONDENSADOR: Se cede calor al exterior (por calor sensible y luego por calor

latente debido a la condensación)Tc = Ta + 15ºC

[Ej. Entra ~ 80ºC, sale ~54 en estado líq.] (considerando Ta = 39ºC)


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EXPANSOR: El refrigerante pierde

Presión y Tª. Al salir del condensador el líquido refrigerante

sufre un subenfriamiento de

~6ºC.Al pasar por la válvula

de exp. ~10% del líquido pasa a gas.


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EVAPORADOR: La mezcla líq-vapor absorbe el calor del medio (a refrigerar) y se completa el

cambio de estado a vapor saturado o sobrecalentado. La Tª del Evaporador suele ser

5-6ºC menos que la Cámara


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a) ¿Temp. A la salida del condensador?

En el ciclo IDEAL es la misma que a la entrada, 40 ºC. El punto de salida está sobre la línea de saturación porque el enunciado dice que del consensador sale líquido saturado, no subenfriado


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b) ¿PRESIÓN a la salida del condensador?

En el ciclo IDEAL es la misma que a la entrada, 10 bares ó 1 MPa. En el ciclo ideal NO se consideran pérdidas de carga.


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c) CALOR por unidad de tiempo (POTENCIA) cedido por el refrigerante en la condensación

H1= 430 (kJ/kg)H2= 260 (kJ/kg)ΔH= 170 (kJ/kg)

P= U x ΔH (kJ/s ó kW)U = Caudal refrigerante (g/s)

U hay que pasarlo a (kg/s):

U = 20 (g/s) x 1/1000 (kg/g) = 0,02 (kg/s)P = 0,02 (kg/s) x 170 (kJ/kg) == 3,4 kJ/s ó kW

P (kcal/h) = 3,4 (kJ/s) x 3600 (s/h) x 1 / 4,18 (kcal/kJ) = = 2928,2 (kcal/h)


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a) CALIDAD del refrigerante a la entrada y salida de la fase de expansión.Calidad entrada expansión: 0Calidad salida expansión: 0,5

b) CALIDAD del refrigerante a la salidad del evaporadorCalidad salida evaporador: 1

c) TEMPERATURA entrada/salida expansor:Tª ent. EXP. = 55ºCTª sal. EXP. = - 27ºC

d) TEMPERATURA entrada/salida evaporador:Tª ent. EVAP. = -27ºCTª sal. EVAP. = - 27ºC

e) PRESIÓN entrada/salida evaporador:P = 0,1 Mpa = 1 bar


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CICLO DE COMPRESIÓN

POTENCIA FRIGORÍFICA: Calor que se absorbe del medio a refrigerar por unidad de tiempo (Qf), será equivalente al calor que absorbe el evaporador y las cargas térmicas del medio a refrigerar

Qf = Q (cargas term) = Qevaporador = U x (Hsal – H ent)

COP (Coeficiente de Operación ó Rendimiento frigorífico) es la relación entre la energía que se absorbe del medio (evaporador) y la que se aporta al sistema (Compresor)

COP = Q f / W comp


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CICLO DE COMPRESIÓN CON RECALENTAMIENTO

El RECALENTAMIENTO es un aumento de temperatura (calor sensible) a presión constante, del refrigerante tras la salida del evaporador y antes de entrar en el compresor.

OBJETIVO del RECALENTAMIENTO: Evitar el llamado «golpe de líquido», es decir la entrada de refrigerante líquido en el compresor.


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CICLO DE COMPRESIÓN CON RECALENTAMIENTO

Consecuencias del recalentamiento:

1. Mayor trabajo del compresor (más Tª -> más volumen específico ): Se necesita mayor compresor

2. Mayor condensador (se necesita mayor superficie de consensación, dado que la Tª de entrada al mismo es mayor.

3. Disminución del COP


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CICLO DE COMPRESIÓN CON SUBENFRIAMIENTO

El SUBENFRIAMIENTO es un descenso de la temperatura (a P constante) del refrigerante tras su paso por el CONDENSADOR

OBJETIVO del SUBENFRIAMIENTO: Disminuye la Entalpía de entrada del evaporador y por tanto aumenta la diferencia entrada-salida, lo que se traduce en mayor calor absorbido del medio a enfriar.


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CICLO DE COMPRESIÓN CON SUBENFRIAMIENTO

El SUBENFRIAMIENTO tiene como consecuencias:a) Se absorbe más calor en el evaporadorb) Disminuye el tamaño del compresor, dado que hace

falta menos refrigerante a igualdad de necesidades de frío

c) Aumenta el COP, el rendimiento frigorífico


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Ejercicio 5.17 (pág. 82)• Calor absorbido por

el ref.• Calor elim. en el

condensador• Energía aportada por

el compresor• El Recalentamiento• El Subenfriamiento• El COP


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Ejercicio 5.20 (pág. 83)

tema 5: uta y diagrama de mollier

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