CICLOS DE REFRIGRERACIÓN.
BOMBA DE CALOR
Autor: Joaquín Muñoz Moreno
Correo: p12mumoj@uco.es
Grado en Ingeniería Electrónica Industrial. Curso 2022-2023
Apartados
a) Identificar todos los elementos que se ven en la máquina y explicar su función.
En primer lugar, se indicarán todos los componentes utilizados en este ciclo termodinámico,
explicando la función de cada uno de estos.
-
-
-
-
-
Condensador: dispositivo que permite que un fluido (refrigerante R134a en este caso)
en estado gaseoso pase a estado líquido, en este caso gracias al flujo de agua, la cual
absorbe el calor del refrigerante (que se encuentra en estado de vapor sobrecalentado).
Depósito de agua caliente: almacena agua, empleada para intercambiar calor con el
refrigerante en el condensador.
Válvula de expansión: elemento empleado en el ciclo para reducir la presión del fluido
refrigerante a entalpía constante. Se expande el fluido a cambio de reducir su presión y
temperatura.
Sensor de presión: indica la presión a la que se encuentra el fluido en ese tramo de
tubería. La presión otorgada por el dispositivo es la presión manométrica.
Presostato: aparato que abre o cierra un circuito eléctrico dependiendo de la medida de
presión. Se emplea para proteger al compresor de la falta de aceite (si la presión del
aceite se aproxima a la presión del refrigerante se apaga el motor gracias al presostato).
Compresor: aumenta la presión del fluido refrigerante gracias al aporte de trabajo en
forma de potencia eléctrica, aumentando también la temperatura del fluido.
Caudalímetro agua de refrigeración: se encarga de medir el caudal del agua, que
previamente ha sido bombeada para llegar al intercambiador de calor empleado como
condensador.
Bomba: dispositivo que transfiere la energía que recibe para su funcionamiento al fluido
incompresible que mueve.
Evaporador: opuesto al condensador, permite el paso del fluido refrigerante de estado
líquido a estado gaseoso gracias a un ventilador, el cual aporta calor al refrigerante (que
se encuentra en estado de vapor húmedo).
Asociándolos al equipo empleado en la práctica:
b) i) Mediante el programa EES representa el ciclo real obtenido para los distintos
caudales (30L/h y 50L/h) y compararlo con los valores del ciclo de compresión de vapor
ideal. Realizar un overlay plot donde se evidencien las diferencias de ambos ciclos.
Los datos empleados son los siguientes:
DATOS
DEL
EQUIPO
30 L/h
P1
T1
P2
T2
P3
T3
P4
T4
3,21
8,4
50,5
3,21
2,99
7,91
10,2
2
9,96
29,4
50 L/h
10,2
2
9,96
27,9
5
2,99
51,9
3,4
T in
conden
sador
19
T out
condens
ador
26
2,95
19
25
Para los ciclos ideales, se definen los puntos 1 y 3 con calidad de vapor de 1 y 0,
respectivamente; y se considera el proceso 1-2 (asociado al compresor) como isentrópico. Así se
cumplirán las características del ciclo ideal.
Las gráficas obtenidas son las siguientes:
R134a (Caudal 30 l/h)
3
5x10
3 (R)
P [kPa]
3
10
3
2
2 (R)
Ciclo Ideal
Ciclo Real
1
4
0,2
2
10
-50
0
0,4
50
1 (R)
4 (R)
0,6
100
0,8
150
200
h [kJ/kg]
Figura 1. Diagrama p-h de refrigerante R134a para caudal de 30 l/h
250
300
R134a (Caudal 50 l/h)
3
5x10
3 (R)
3
P [kPa]
10
2
3
2 (R)
Ciclo Ideal
Ciclo Real
1 (R)
4
0,2
2
10
-50
0
0,4
50
1
0,6
100
0,8
150
200
250
300
h [kJ/kg]
Figura 2. Diagrama p-h de refrigerante R134a para caudal de 50 l/h
ii) Calcula los valores de COPBC y COPR para ambos casos indicando claramente los
cálculos y obteniendo los valores de entalpía mediante el programa EES. Comenta los
resultados obtenidos.
c) Calcular el caudal másico del líquido refrigerante circulante.
Utilizando las funciones del EES, los valores de entalpía son:
h (30 l/h) [kJ/kg]
1
2
3
4
257,2
282,8
92,71
252,7
h (50 l/h) [kJ/kg]
1
2
3
4
257,4
284,9
90,62
252,9
Inicialmente, se hallará el caudal másico de refrigerante. Para ello, las ecuaciones utilizadas son:
Para el caudal de 30 l/h
Para caudal de 50 l/h
Una vez hallados los valores de caudal másico, se calcula el COP como bomba de calor y como
máquina frigorífica, con las siguientes ecuaciones:
Para caudal 30 l/h
Para caudal 50 l/h
Finalmente, los valores obtenidos son:
𝐶𝑂𝑃𝐵𝐶;2 =3,622
COP como bomba de calor (Caudal 50 l/h)
𝐶𝑂𝑃𝑅;2=0,08261
COP como máquina frigorífica (Caudal 50 l/h)
𝐶𝑂𝑃𝑅;1=0,06024
COP como máquina frigorífica (Caudal 30 l/h)
𝐶𝑂𝑃𝐵𝐶;1 =2,536
COP como bomba de calor (Caudal 30 l/h)
𝑚̇𝑅134𝑎;1 =0,00128 [kg/s]
Flujo másico de refrigerante (Caudal 30 l/h)
𝑚̇𝑅134𝑎;2 =0,00179 [kg/s]
Flujo másico de refrigerante (Caudal 50 l/h)
Los valores de rendimiento como máquina frigorífica salen más reducidos debido al paso que
realiza el sistema en realidad del punto 3 al punto 4. Este paso otorga un punto 4 cercano al
punto de inicio del ciclo.
d) Mediante búsqueda bibliográfica comenta las distintas irreversibilidades que se
observan en los ciclos reales de refrigeración por compresión de vapor y que
consecuencias tienen en el rendimiento del ciclo.
El proceso reversible siempre supone la consideración un caso ideal que no se puede conseguir
en la realidad, porque van a aparecer irreversibilidades que no permiten la conservación de la
energía durante un ciclo, debido al desorden del sistema, medido mediante la entropía.
Las irreversibilidades en los ciclos reales de refrigeración aparecen a lo largo de cada proceso
de estos ciclos. Aparecen tanto en el proceso realizado por el compresor como en los procesos
realizados sucesivamente por el condensador, la válvula de expansión y el condensador. Su
cálculo se realiza a partir de un balance de entropías, de manera que aparece una entropía
generada, equivalente al conjunto de irreversibilidades que se experimentan en el paso de un
estado a otro.
En estudios experimentales, se ha obtenido un mayor número de irreversibilidades en el
compresor; aunque también se estudia una reducción de las irreversibilidades aparecidas en el
evaporador, en el condensador y en la válvula de expansión para un mayor ahorro energético y
económico. En el condensador se logra mediante un menor calor de absorción en el cambio de
fase; y en el evaporador con una reducción del efecto refrigerante. También se ha observado que
en determinados rangos de ciclo la irreversibilidad del sistema disminuye, por lo que será
necesario determinar este flujo (o carga térmica a enfriar en un espacio) para la operación con
menor consumo energético.
Las irreversibilidades se deben principalmente a la fricción del refrigerante, que produce caídas
de presión; y a las diferencias de temperatura entre el refrigerante y el medio con el que
intercambia calor. Resulta interesante su reducción a un valor mínimo, ya que las
irreversibilidades traen consigo un aumento de la potencia que hay que suministrar al compresor
para que funcione el ciclo con el rendimiento necesario. Es decir, un mayor número de
irreversibilidades trae un consiguiente descenso del rendimiento total del ciclo.
e) ¿Qué es el recalentamiento en los sistemas de refrigeración? ¿Qué importancia tiene?
El recalentamiento se mide como la diferencia de temperatura entre la temperatura del fluido a
la entrada del compresor y la temperatura de evaporación (la isoterma de temperatura a la que se
encuentra el refrigerante a su paso por el evaporador). Cuando el refrigerante termina de
evaporarse antes de abandonar el evaporador, se comienza a recalentar. Así, sólo llega
refrigerante en forma de vapor al compresor, por lo que se evitan posibles averías.
El recalentamiento contribuye levemente a la potencia frigorífica, ya que se produce una mayor
extracción de calor del foco frío en el evaporador, aumentando el rendimiento del ciclo. Bien es
cierto que también hay un recalentamiento del refrigerante en la tubería de aspiración, que une
el evaporador con el compresor; pero no contribuye a la potencia frigorífica.
Los valores de recalentamiento total están comprendidos entre 10 y 15 K.
f) ¿Qué es el subenfriamiento y qué importancia tiene? ¿Qué es el flash-gas?
El subenfriamiento es un fenómeno que se produce cuando un líquido se encuentra a una
temperatura inferior a la de su punto de saturación. Es decir, nos encontramos ante un líquido
subenfriado.
En un sistema de refrigeración, se utiliza este fenómeno para que el refrigerante llegue a la
válvula de expansión de forma totalmente líquida, aumentando sus capacidades. Esta mejora de
capacidades viene de una mayor posibilidad de extraer calor del foco frío con el refrigerante, ya
que será capaz de absorber más calor antes de pasar a estado gaseoso.
El uso del subenfriamiento conlleva un potencial ahorro energético. Además, permite la
reducción del caudal para obtener un mismo rendimiento, por lo que permite el empleo de
tuberías de interconexión de menor tamaño.
En estos ciclos también aparece el flash-gas, que explica el hecho de que el refrigerante
comience a hervir tras su paso por el evaporador, valiéndose del calor latente de vaporización.
En un ciclo de refrigeración, obtenemos flash-gas cuando la presión en el refrigerante líquido
cae por debajo del punto de saturación o la temperatura aumenta por encima de dicho punto.
Una forma eficaz de evitar la aparición de flash-gas es con el mantenimiento de ciertos niveles
de subenfriamiento, previniendo caídas de presión en el líquido debido a largas longitudes de
conductos.
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
"Operaciones realizadas para el desarrollo de la práctica"
"A continuación se van a hallar los diagramas del ciclo de la bomba de calor real e ideal"
"Comenzamos con el real, del cual tenemos los datos de presión y temperatura de los distintos estados del sistema"
"Datos experimentales para caudal de 30 L/h"
"Ciclo del refrigerante"
P_Q1[1]=3,21*convert(bar;kPa)
P_Q1[4]=3,21*convert(bar;kPa)
P_Q1[2]=10,22*convert(bar;kPa)
P_Q1[3]=10,22*convert(bar;kPa)
T_Q1[1]=8,4
T_Q1[2]=50,5
T_Q1[3]=29,4
T_Q1[4]=3,4
"W_dot_c_1=88*convert(W;kW)"
"Recorrido del agua"
T_in_H20_1=19
T_out_H20_1=26
"Datos experimentales para caudal de 50 L/h"
"Ciclo del refrigerante"
P_Q2[1]=2,99*convert(bar;kPa)
P_Q2[4]=2,99*convert(bar;kPa)
P_Q2[2]=9,96*convert(bar;kPa)
P_Q2[3]=9,96*convert(bar;kPa)
T_Q2[1]=7,91
T_Q2[2]=51,9
T_Q2[3]=27,95
T_Q2[4]=2,95
"W_dot_c_2=77*convert(W;kW)"
W_dot_compresor=96*convert(W;kW)
"Recorrido del agua"
T_in_H20_2=19
T_out_H20_2=25
"Cálculo de propiedades termodinámicas para caudal de 30 L/h"
h_Q1[1]=enthalpy(R134a;T=T_Q1[1];P=P_Q1[1])
h_Q1[2]=enthalpy(R134a;T=T_Q1[2];P=P_Q1[2])
h_Q1[3]=enthalpy(R134a;T=T_Q1[3];P=P_Q1[3])
h_Q1[4]=enthalpy(R134a;T=T_Q1[4];P=P_Q1[4])
s_Q1[1]=entropy(R134a;T=T_Q1[1];P=P_Q1[1])
s_Q1[2]=entropy(R134a;T=T_Q1[2];P=P_Q1[2])
s_Q1[3]=entropy(R134a;T=T_Q1[3];P=P_Q1[3])
s_Q1[4]=entropy(R134a;T=T_Q1[4];P=P_Q1[4])
v_Q1[1]=volume(R134a;T=T_Q1[1];P=P_Q1[1])
v_Q1[2]=volume(R134a;T=T_Q1[2];P=P_Q1[2])
v_Q1[3]=volume(R134a;T=T_Q1[3];P=P_Q1[3])
v_Q1[4]=volume(R134a;T=T_Q1[4];P=P_Q1[4])
x_Q1[1]=quality(R134a;T=T_Q1[1];P=P_Q1[1])
x_Q1[2]=quality(R134a;T=T_Q1[2];P=P_Q1[2])
x_Q1[3]=quality(R134a;T=T_Q1[3];P=P_Q1[3])
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
x_Q1[4]=quality(R134a;T=T_Q1[4];P=P_Q1[4])
"Cálculo de propiedades termodinámicas para caudal de 50 L/h"
h_Q2[1]=enthalpy(R134a;T=T_Q2[1];P=P_Q2[1])
h_Q2[2]=enthalpy(R134a;T=T_Q2[2];P=P_Q2[2])
h_Q2[3]=enthalpy(R134a;T=T_Q2[3];P=P_Q2[3])
h_Q2[4]=enthalpy(R134a;T=T_Q2[4];P=P_Q2[4])
s_Q2[1]=entropy(R134a;T=T_Q2[1];P=P_Q2[1])
s_Q2[2]=entropy(R134a;T=T_Q2[2];P=P_Q2[2])
s_Q2[3]=entropy(R134a;T=T_Q2[3];P=P_Q2[3])
s_Q2[4]=entropy(R134a;T=T_Q2[4];P=P_Q2[4])
v_Q2[1]=volume(R134a;T=T_Q2[1];P=P_Q2[1])
v_Q2[2]=volume(R134a;T=T_Q2[2];P=P_Q2[2])
v_Q2[3]=volume(R134a;T=T_Q2[3];P=P_Q2[3])
v_Q2[4]=volume(R134a;T=T_Q2[4];P=P_Q2[4])
x_Q2[1]=quality(R134a;T=T_Q2[1];P=P_Q2[1])
x_Q2[2]=quality(R134a;T=T_Q2[2];P=P_Q2[2])
x_Q2[3]=quality(R134a;T=T_Q2[3];P=P_Q2[3])
x_Q2[4]=quality(R134a;T=T_Q2[4];P=P_Q2[4])
"A continuación se muestran los casos ideales; por lo que se van a considerar situaciones ideales para cada estado"
"Ciclo para caudal de 30 L/h"
"Estado 1"
P_ideal_Q1[1]=P_Q1[1]
x_ideal_Q1[1]=1
h_ideal_Q1[1]=enthalpy(R134a;x=x_ideal_Q1[1];P=P_ideal_Q1[1])
s_ideal_Q1[1]=entropy(R134a;x=x_ideal_Q1[1];P=P_ideal_Q1[1])
v_ideal_Q1[1]=volume(R134a;x=x_ideal_Q1[1];P=P_ideal_Q1[1])
T_ideal_Q1[1]=temperature(R134a;x=x_ideal_Q1[1];P=P_ideal_Q1[1])
"Estado 2"
s_ideal_Q1[2]=s_ideal_Q1[1]
P_ideal_Q1[2]=P_ideal_Q1[3]
x_ideal_Q1[2]=quality(R134a;P=P_ideal_Q1[2];s=s_ideal_Q1[2])
h_ideal_Q1[2]=enthalpy(R134a;P=P_ideal_Q1[2];s=s_ideal_Q1[2])
v_ideal_Q1[2]=volume(R134a;P=P_ideal_Q1[2];s=s_ideal_Q1[2])
T_ideal_Q1[2]=temperature(R134a;P=P_ideal_Q1[2];s=s_ideal_Q1[2])
"Estado 3"
P_ideal_Q1[3]=P_Q1[3]
x_ideal_Q1[3]=0
h_ideal_Q1[3]=enthalpy(R134a;x=x_ideal_Q1[3];P=P_ideal_Q1[3])
s_ideal_Q1[3]=entropy(R134a;x=x_ideal_Q1[3];P=P_ideal_Q1[3])
v_ideal_Q1[3]=volume(R134a;x=x_ideal_Q1[3];P=P_ideal_Q1[3])
T_ideal_Q1[3]=temperature(R134a;x=x_ideal_Q1[3];P=P_ideal_Q1[3])
"Estado 4"
P_ideal_Q1[4]=P_ideal_Q1[1]
h_ideal_Q1[4]=h_ideal_Q1[3]
s_ideal_Q1[4]=entropy(R134a;P=P_ideal_Q1[4];h=h_ideal_Q1[4])
x_ideal_Q1[4]=quality(R134a;P=P_ideal_Q1[4];h=h_ideal_Q1[4])
v_ideal_Q1[4]=volume(R134a;P=P_ideal_Q1[4];h=h_ideal_Q1[4])
T_ideal_Q1[4]=temperature(R134a;P=P_ideal_Q1[4];h=h_ideal_Q1[4])
"Punto para cerrar la gráfica"
P_ideal_Q1[5]=P_ideal_Q1[1]
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
h_ideal_Q1[5]=h_ideal_Q1[1]
"Ciclo para caudal de 50 L/h"
"Estado 1"
P_ideal_Q2[1]=P_Q2[1]
x_ideal_Q2[1]=1
h_ideal_Q2[1]=enthalpy(R134a;x=x_ideal_Q2[1];P=P_ideal_Q2[1])
s_ideal_Q2[1]=entropy(R134a;x=x_ideal_Q2[1];P=P_ideal_Q2[1])
v_ideal_Q2[1]=volume(R134a;x=x_ideal_Q2[1];P=P_ideal_Q2[1])
T_ideal_Q2[1]=temperature(R134a;x=x_ideal_Q2[1];P=P_ideal_Q2[1])
"Estado 2"
s_ideal_Q2[2]=s_ideal_Q2[1]
P_ideal_Q2[2]=P_ideal_Q2[3]
x_ideal_Q2[2]=quality(R134a;P=P_ideal_Q2[2];s=s_ideal_Q2[2])
h_ideal_Q2[2]=enthalpy(R134a;P=P_ideal_Q2[2];s=s_ideal_Q2[2])
v_ideal_Q2[2]=volume(R134a;P=P_ideal_Q2[2];s=s_ideal_Q2[2])
T_ideal_Q2[2]=temperature(R134a;P=P_ideal_Q2[2];s=s_ideal_Q2[2])
"Estado 3"
P_ideal_Q2[3]=P_Q2[3]
x_ideal_Q2[3]=0
h_ideal_Q2[3]=enthalpy(R134a;x=x_ideal_Q2[3];P=P_ideal_Q2[3])
s_ideal_Q2[3]=entropy(R134a;x=x_ideal_Q2[3];P=P_ideal_Q2[3])
v_ideal_Q2[3]=volume(R134a;x=x_ideal_Q2[3];P=P_ideal_Q2[3])
T_ideal_Q2[3]=temperature(R134a;x=x_ideal_Q2[3];P=P_ideal_Q2[3])
"Estado 4"
P_ideal_Q2[4]=P_ideal_Q2[1]
h_ideal_Q2[4]=h_ideal_Q2[3]
s_ideal_Q2[4]=entropy(R134a;P=P_ideal_Q2[4];h=h_ideal_Q2[4])
x_ideal_Q2[4]=quality(R134a;P=P_ideal_Q2[4];h=h_ideal_Q2[4])
v_ideal_Q2[4]=volume(R134a;P=P_ideal_Q2[4];h=h_ideal_Q2[4])
T_ideal_Q2[4]=temperature(R134a;P=P_ideal_Q2[4];h=h_ideal_Q2[4])
"Punto para cerrar la gráfica"
P_ideal_Q2[5]=P_ideal_Q2[1]
h_ideal_Q2[5]=h_ideal_Q2[1]
"A continuación, se obtendrá el flujo másico"
"Cálculo del flujo másico ideal para caudal 30 L/h"
V_dot_1=30*convert(l/h;m^3/s)
rho=density(Steam_IAPWS;T=(T_out_H20_1+T_in_H20_1)/2;P=Po#)
cp_H20=cp(Steam_IAPWS;T=(T_out_H20_1+T_in_H20_1)/2;P=Po#)
m_dot_1_H20=V_dot_1*rho
Q_c_1=m_dot_R134a_1*(h_Q1[2]-h_Q1[3])
Q_c_1=m_dot_1_H20*cp_H20*(T_out_H20_1-T_in_H20_1)
"Cálculo del flujo másico ideal y real para caudal 50 L/h"
V_dot_2=50*convert(l/h;m^3/s)
m_dot_2_H20=V_dot_2*rho
Q_c_2=m_dot_R134a_2*(h_Q2[2]-h_Q2[3])
Q_c_2=m_dot_2_H20*cp_H20*(T_out_H20_2-T_in_H20_2)
"Finalmente, se calcula el COP para cada caso estudiado"
"Calculo del COP como bomba de calor y máquina frigorífica"
"Caudal 30 L/h"
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
Q_l_1=(m_dot_R134a_1*(h_Q1[1]-h_Q1[4]))
COP_BC_1=Q_c_1/W_dot_compresor
COP_R_1=Q_l_1/W_dot_compresor
"Caudal 50 l/h"
COP_BC_2=Q_c_2/W_dot_compresor
Q_l_2=(m_dot_R134a_2*(h_Q2[1]-h_Q2[4]))
COP_R_2=Q_l_2/W_dot_compresor
Operaciones realizadas para el desarrollo de la práctica
A continuación se van a hallar los diagramas del ciclo de la bomba de calor real e ideal
Comenzamos con el real, del cual tenemos los datos de presión y temperatura de los distintos estados del sistema
Datos experimentales para caudal de 30 L/h
Ciclo del refrigerante
P Q1;1 = 3,21 ·
100 ·
P Q1;4 = 3,21 ·
100 ·
P Q1;2 = 10,22 ·
100 ·
P Q1;3 = 10,22 ·
100 ·
kPa
bar
kPa
bar
kPa
bar
kPa
bar
T Q1;1 = 8,4
T Q1;2 = 50,5
T Q1;3 = 29,4
T Q1;4 = 3,4
Wc,1=88*convert(W;kW)
Recorrido del agua
T in;H20;1 = 19
T out;H20;1 = 26
Datos experimentales para caudal de 50 L/h
Ciclo del refrigerante
P Q2;1 = 2,99 ·
100 ·
P Q2;4 = 2,99 ·
100 ·
kPa
bar
kPa
bar
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
P Q2;2 = 9,96 ·
100 ·
P Q2;3 = 9,96 ·
100 ·
kPa
bar
kPa
bar
T Q2;1 = 7,91
T Q2;2 = 51,9
T Q2;3 = 27,95
T Q2;4 = 2,95
Wc,2=77*convert(W;kW)
W compresor
= 96 ·
0,001 ·
kW
W
Recorrido del agua
T in;H20;2 = 19
T out;H20;2 = 25
Cálculo de propiedades termodinámicas para caudal de 30 L/h
h Q1;1 = h R134a ; T = T Q1;1 ; P = P Q1;1
h Q1;2 = h R134a ; T = T Q1;2 ; P = P Q1;2
h Q1;3 = h R134a ; T = T Q1;3 ; P = P Q1;3
h Q1;4 = h R134a ; T = T Q1;4 ; P = P Q1;4
s Q1;1 = s R134a ; T = T Q1;1 ; P = P Q1;1
s Q1;2 = s R134a ; T = T Q1;2 ; P = P Q1;2
s Q1;3 = s R134a ; T = T Q1;3 ; P = P Q1;3
s Q1;4 = s R134a ; T = T Q1;4 ; P = P Q1;4
v Q1;1 = v R134a ; T = T Q1;1 ; P = P Q1;1
v Q1;2 = v R134a ; T = T Q1;2 ; P = P Q1;2
v Q1;3 = v R134a ; T = T Q1;3 ; P = P Q1;3
v Q1;4 = v R134a ; T = T Q1;4 ; P = P Q1;4
x Q1;1 = x R134a ; T = T Q1;1 ; P = P Q1;1
x Q1;2 = x R134a ; T = T Q1;2 ; P = P Q1;2
x Q1;3 = x R134a ; T = T Q1;3 ; P = P Q1;3
x Q1;4 = x R134a ; T = T Q1;4 ; P = P Q1;4
Cálculo de propiedades termodinámicas para caudal de 50 L/h
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
h Q2;1 = h R134a ; T = T Q2;1 ; P = P Q2;1
h Q2;2 = h R134a ; T = T Q2;2 ; P = P Q2;2
h Q2;3 = h R134a ; T = T Q2;3 ; P = P Q2;3
h Q2;4 = h R134a ; T = T Q2;4 ; P = P Q2;4
s Q2;1 = s R134a ; T = T Q2;1 ; P = P Q2;1
s Q2;2 = s R134a ; T = T Q2;2 ; P = P Q2;2
s Q2;3 = s R134a ; T = T Q2;3 ; P = P Q2;3
s Q2;4 = s R134a ; T = T Q2;4 ; P = P Q2;4
v Q2;1 = v R134a ; T = T Q2;1 ; P = P Q2;1
v Q2;2 = v R134a ; T = T Q2;2 ; P = P Q2;2
v Q2;3 = v R134a ; T = T Q2;3 ; P = P Q2;3
v Q2;4 = v R134a ; T = T Q2;4 ; P = P Q2;4
x Q2;1 = x R134a ; T = T Q2;1 ; P = P Q2;1
x Q2;2 = x R134a ; T = T Q2;2 ; P = P Q2;2
x Q2;3 = x R134a ; T = T Q2;3 ; P = P Q2;3
x Q2;4 = x R134a ; T = T Q2;4 ; P = P Q2;4
A continuación se muestran los casos ideales; por lo que se van a considerar situaciones ideales para cada estado
Ciclo para caudal de 30 L/h
Estado 1
P ideal;Q1;1 = P Q1;1
x ideal;Q1;1 = 1
h ideal;Q1;1 = h R134a ; x = x ideal;Q1;1 ; P = P ideal;Q1;1
s ideal;Q1;1 = s R134a ; x = x ideal;Q1;1 ; P = P ideal;Q1;1
v ideal;Q1;1 = v R134a ; x = x ideal;Q1;1 ; P = P ideal;Q1;1
T ideal;Q1;1 = T R134a ; x = x ideal;Q1;1 ; P = P ideal;Q1;1
Estado 2
s ideal;Q1;2 = s ideal;Q1;1
P ideal;Q1;2 = P ideal;Q1;3
x ideal;Q1;2 = x R134a ; P = P ideal;Q1;2 ; s = s ideal;Q1;2
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
h ideal;Q1;2 = h R134a ; P = P ideal;Q1;2 ; s = s ideal;Q1;2
v ideal;Q1;2 = v R134a ; P = P ideal;Q1;2 ; s = s ideal;Q1;2
T ideal;Q1;2 = T R134a ; P = P ideal;Q1;2 ; s = s ideal;Q1;2
Estado 3
P ideal;Q1;3 = P Q1;3
x ideal;Q1;3 = 0
h ideal;Q1;3 = h R134a ; x = x ideal;Q1;3 ; P = P ideal;Q1;3
s ideal;Q1;3 = s R134a ; x = x ideal;Q1;3 ; P = P ideal;Q1;3
v ideal;Q1;3 = v R134a ; x = x ideal;Q1;3 ; P = P ideal;Q1;3
T ideal;Q1;3 = T R134a ; x = x ideal;Q1;3 ; P = P ideal;Q1;3
Estado 4
P ideal;Q1;4 = P ideal;Q1;1
h ideal;Q1;4 = h ideal;Q1;3
s ideal;Q1;4 = s R134a ; P = P ideal;Q1;4 ; h = h ideal;Q1;4
x ideal;Q1;4 = x R134a ; P = P ideal;Q1;4 ; h = h ideal;Q1;4
v ideal;Q1;4 = v R134a ; P = P ideal;Q1;4 ; h = h ideal;Q1;4
T ideal;Q1;4 = T R134a ; P = P ideal;Q1;4 ; h = h ideal;Q1;4
Punto para cerrar la gráfica
P ideal;Q1;5 = P ideal;Q1;1
h ideal;Q1;5 = h ideal;Q1;1
Ciclo para caudal de 50 L/h
Estado 1
P ideal;Q2;1 = P Q2;1
x ideal;Q2;1 = 1
h ideal;Q2;1 = h R134a ; x = x ideal;Q2;1 ; P = P ideal;Q2;1
s ideal;Q2;1 = s R134a ; x = x ideal;Q2;1 ; P = P ideal;Q2;1
v ideal;Q2;1 = v R134a ; x = x ideal;Q2;1 ; P = P ideal;Q2;1
T ideal;Q2;1 = T R134a ; x = x ideal;Q2;1 ; P = P ideal;Q2;1
Estado 2
s ideal;Q2;2 = s ideal;Q2;1
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
P ideal;Q2;2 = P ideal;Q2;3
x ideal;Q2;2 = x R134a ; P = P ideal;Q2;2 ; s = s ideal;Q2;2
h ideal;Q2;2 = h R134a ; P = P ideal;Q2;2 ; s = s ideal;Q2;2
v ideal;Q2;2 = v R134a ; P = P ideal;Q2;2 ; s = s ideal;Q2;2
T ideal;Q2;2 = T R134a ; P = P ideal;Q2;2 ; s = s ideal;Q2;2
Estado 3
P ideal;Q2;3 = P Q2;3
x ideal;Q2;3 = 0
h ideal;Q2;3 = h R134a ; x = x ideal;Q2;3 ; P = P ideal;Q2;3
s ideal;Q2;3 = s R134a ; x = x ideal;Q2;3 ; P = P ideal;Q2;3
v ideal;Q2;3 = v R134a ; x = x ideal;Q2;3 ; P = P ideal;Q2;3
T ideal;Q2;3 = T R134a ; x = x ideal;Q2;3 ; P = P ideal;Q2;3
Estado 4
P ideal;Q2;4 = P ideal;Q2;1
h ideal;Q2;4 = h ideal;Q2;3
s ideal;Q2;4 = s R134a ; P = P ideal;Q2;4 ; h = h ideal;Q2;4
x ideal;Q2;4 = x R134a ; P = P ideal;Q2;4 ; h = h ideal;Q2;4
v ideal;Q2;4 = v R134a ; P = P ideal;Q2;4 ; h = h ideal;Q2;4
T ideal;Q2;4 = T R134a ; P = P ideal;Q2;4 ; h = h ideal;Q2;4
Punto para cerrar la gráfica
P ideal;Q2;5 = P ideal;Q2;1
h ideal;Q2;5 = h ideal;Q2;1
A continuación, se obtendrá el flujo másico
Cálculo del flujo másico ideal para caudal 30 L/h
V 1 = 30 ·
2,77778 x 10 –7 ·
r = r steam iapws ; T =
cp H20
m3/s
l/h
T out;H20;1 + T in;H20;1
= Cp steam iapws ; T =
2
; P = 101,3 [kPa]
T out;H20;1 + T in;H20;1
m 1;H20 = V 1 · r
Q c;1 = m R134a;1 · h Q1;2 – h Q1;3
2
; P = 101,3 [kPa]
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
Q c;1 = m 1;H20 · cp H20 · T out;H20;1 – T in;H20;1
Cálculo del flujo másico ideal y real para caudal 50 L/h
V 2 = 50 ·
m3/s
2,77778 x 10 –7 ·
l/h
m 2;H20 = V 2 · r
Q c;2 = m R134a;2 · h Q2;2 – h Q2;3
Q c;2 = m 2;H20 · cp H20 · T out;H20;2 – T in;H20;2
Finalmente, se calcula el COP para cada caso estudiado
Calculo del COP como bomba de calor y máquina frigorífica
Caudal 30 L/h
Q l;1 = m R134a;1 · h Q1;1 – h Q1;4
COP BC;1 =
COP R;1 =
Q c;1
W compresor
Q l;1
W compresor
Caudal 50 l/h
COP BC;2 =
Q c;2
W compresor
Q l;2 = m R134a;2 · h Q2;1 – h Q2;4
COP R;2 =
Q l;2
W compresor
Arrays Table: Main
1
2
3
4
5
TQ2;i
videal;Q1;i
videal;Q2;i
Tideal;Q1;i
Tideal;Q2;i
TQ1;i
[C]
[m3/kg]
[m3/kg]
[C]
[C]
[C]
7,91
51,9
27,95
2,95
0,06341
0,02044
0,0008726
0,01774
0,06792
0,02103
0,0008695
0,01924
2,545
44,29
40,18
2,545
0,5601
43,55
39,22
0,5601
xideal;Q2;i
xQ1;i
xQ2;i
1
100
0
0,275
100
100
-100
100
100
100
-100
100
8,4
50,5
29,4
3,4
Arrays Table: Main
1
2
3
4
5
vQ1;i
vQ2;i
[m3/kg]
[m3/kg]
0,06534
0,02127
0,0008392
0,0637
0,07048
0,02215
0,0008353
0,06876
xideal;Q1;i
1
100
0
0,2708
hQ2;i
Pideal;Q1;i
Pideal;Q2;i
hideal;Q1;i
hideal;Q2;i
[kJ/kg]
[kPa]
[kPa]
[kJ/kg]
[kJ/kg]
257,4
284,9
90,62
252,9
321
1022
1022
321
321
299
996
996
299
299
251,9
276
108,5
108,5
251,9
250,8
275,8
107,1
107,1
250,8
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
Arrays Table: Main
hQ1;i
sideal;Q2;i
sQ1;i
sQ2;i
PQ1;i
PQ2;i
sideal;Q1;i
[kJ/kg]
[kJ/(kg*K)]
[kJ/(kg*K)]
[kJ/(kg*K)]
[kPa]
[kPa]
[kJ/(kg*K)]
321
1022
1022
321
299
996
996
299
1
2
3
4
5
257,2
282,8
92,71
252,7
0,9311
0,9311
0,3912
0,4062
0,949
0,9513
0,3443
0,9328
P [kPa]
0,93
0,93
0,3957
0,4099
R134a (Caudal 30 l/h)
5x103
10
0,9548
0,9594
0,3375
0,9389
3 (R)
3
3
2
2 (R)
Ciclo Ideal
Ciclo Real
102
-50
0,2
0
1
4
0,4
50
0,6
100
1 (R)
4 (R)
0,8
150
h [kJ/kg]
200
250
300
EES Ver. 11.233: #2236: For use by Chemical Physics and Applied Thermodynamics, Escuela Técnica Superior
R134a (Caudal 50 l/h)
P [kPa]
5x103
3 (R)
103
2
3
2 (R)
Ciclo Ideal
Ciclo Real
1 (R)
4
102
-50
0,2
0
0,4
50
1
0,6
100
0,8
150
h [kJ/kg]
200
250
300
Bibliografía
-
Revista de Sistemas experimentales. Artículo: Análisis de irreversibilidades en un
sistema de refrigeración por compresión mecánica de vapor con R-134ª. Junio 2017.
Vol 4. No.11, 42-52. RANGEL-ROMERO, Carlos; ROJAS-GARNICA, Juan Carlos;
CARBAJAL-SALAZAR, Emilio y RODRIGUEZ-CANDELARIO; Jordan
Universidad Tecnológica de Puebla
Enlace: Revista_de_Sistemas_Experimentales_V4_N11_5.pdf (ecorfan.org)
-
HVAC School (For techs by Techs): Flash-gas
Enlace: Flash Gas - HVAC School (hvacrschool.com)
-
Junta de Andalucía. Blogs Averroes. Apartado de FP Andaluza. Artículo:
Recalentamiento en Sistemas Frigoríficos.
Enlace: Recalentamiento en Sistemas Frigoríficos | @amrandado (juntadeandalucia.es)
-
Refrigeración y climatización Intersam. Artículo: ¿Qué es el subenfriamiento en un
sistema de refrigeración?
Enlace: ¿Qué es el subenfriamiento en un sistema de refrigeración? (intersam.es)