REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
Docente:
Miguel Doria Oviedo
UNIVERSIDAD DEL SINÚ – ELÍAS BECHARA ZAINÚM
FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERÍAS
INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA
MONTERÍA, CÓRDOBA
2024
REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR
• El calor se transfiere en la dirección de temperatura decreciente, es decir, desde medios
a temperatura alta hacia los de temperatura baja. Este proceso de transferencia de calor
ocurre en la naturaleza sin requerir ningún dispositivo. Sin embargo, el proceso inverso
no puede ocurrir por sí mismo. La transferencia de calor de un medio que se encuentra a
baja temperatura hacia otro de temperatura alta requiere dispositivos especiales
llamados refrigeradores.
REFRIGERADORES
• Los refrigeradores, como las bombas de calor, son dispositivos cíclicos. El fluido de
trabajo utilizado en el ciclo de refrigeración se denomina refrigerante.
EL CICLO DE REFRIGERACIÓN
• El refrigerante entra al compresor como vapor y se comprime hasta la
presión del condensador, posteriormente sale del compresor a una
temperatura relativamente alta y se enfría y condensa a medida que fluye
por los serpentines del condensador rechazando calor al medio
circundante. Después entra al tubo capilar donde su presión y
temperatura caen de forma drástica debido al efecto de estrangulamiento.
Luego, el refrigerante a temperatura baja entra al evaporador, donde se
evapora absorbiendo calor del espacio refrigerado. El ciclo se completa
cuando el refrigerante sale del evaporador y vuelve a entrar al compresor.
Coeficiente de desempeño
• La eficiencia de un refrigerador
se expresa en términos del
coeficiente
de
desempeño
(COP, siglas de coefficient of
performance), el cual se denota
mediante COPR. El objetivo de
un refrigerador es remover calor
(QL) del espacio refrigerado.
Para lograr este objetivo, se
requiere una entrada de trabajo
de Wneto,entrada. Entonces, el
COP de un refrigerador se
puede expresar como:
Coeficiente de desempeño
• Entonces, la relación del COP se convierte en
• Observe que el valor del COPR puede ser mayor que la unidad. Es
decir, la cantidad de calor eliminada del espacio refrigerado puede ser
mayor que la cantidad de entrada de trabajo. Esto contrasta con la
eficiencia térmica, la cual nunca puede ser mayor que 1.
Bombas de calor
• El objetivo de una bomba de calor, sin
embargo, es mantener un espacio calentado
a una temperatura alta. Esto se logra
absorbiendo calor desde una fuente que se
encuentra a temperatura baja, por ejemplo,
agua de pozo o aire frío exterior en invierno,
y suministrando este calor a un medio de
temperatura alta como una casa
Bombas de calor
• La medida de desempeño de una bomba de calor también se expresa en
términos del coeficiente de desempeño COPHP, definido como:
• Esta relación indica que el coeficiente de desempeño de una bomba de calor
siempre es mayor que la unidad puesto que COPR es una cantidad positiva. Es
decir, una bomba de calor funcionará, en el peor de los casos, como un
calentador de resistencia al suministrar tanta energía como requiera la casa. La
mayor parte de las bombas de calor que operan en la actualidad tienen un COP
promedio para las estaciones del año de entre 2 y 3.
Desempeño de refrigeradores, acondicionadores
de aire y bombas de calor
• El desempeño de acondicionadores de aire y bombas de calor se expresa
con frecuencia en términos del índice de eficiencia de la energía (EER,
por sus siglas en inglés) o el índice estacional de eficiencia energética
(SEER, por sus siglas en inglés).
• La SEER es la relación de la cantidad total del calor disipado por un
acondicionador de aire o por una bomba térmica durante una estación
normal de enfriamiento con respecto a la cantidad total de electricidad
consumida (en watt-horas, Wh), y es una medida del desempeño
estacional del equipo de enfriamiento.
Desempeño de refrigeradores, acondicionadores
de aire y bombas de calor
• La EER, por otro lado, es una medida de la eficiencia energética instantánea, y
se define como la relación de la tasa de remoción de calor del espacio enfriado
por el equipo de enfriamiento con respecto a la tasa de consumo de electricidad
en operación uniforme.
• La mayoría de los acondicionadores de aire o bombas de calor en el mercado
tienen valores SEER de 13 a 21, lo cual corresponde a valores COP de 3.8 a 6.2.
• El EER o COP de un refrigerador disminuye con la decreciente temperatura de
refrigeración, por lo tanto no es económico refrigerar a una temperatura menor a
la necesaria. Los valores de COP para los refrigeradores están en el intervalo de
2.6 a 3.0 para áreas de edición y preparación; 2.3 a 2.6 para carne, embutidos,
lácteos y frutas; 1.2 a 1.5 para alimentos congelados, y 1.0 a 1.2 para unidades
de helados.
• Por tanto la EER como la SEER tienen la unidad Btu/Wh. Si se considera que 1 kWh = 3
412 Btu , una unidad que elimina 1 kWh de calor del espacio frío por cada kWh de
electricidad que consume (COP = 1), tendrá un EER de 3.412. Por lo tanto, la relación
entre EER (o SEER) y COP es
EJEMPLO
• El compartimiento para comida de un
refrigerador, que se muestra en la figura
mostrada, se mantiene a 4 °C al extraer
calor de éste a una tasa de 360 kJ/min. Si la
entrada de potencia requerida al refrigerador
es de 2 kW, determine a) el coeficiente de
desempeño del refrigerador y b) la tasa de
rechazo de calor hacia la habitación que
aloja al refrigerador.
EJEMPLO 2
• Se utiliza una bomba de calor para satisfacer los requerimientos de
calefacción de una casa y mantenerla a 20 °C. Se estima que la casa
pierde calor a una tasa de 80 000 kJ/h en un día en el que la temperatura
del aire exterior desciende a 2 °C. Si la bomba de calor en estas
condiciones tiene un COP de 2.5, determine a) la potencia consumida por
la bomba de calor y b) la tasa a la que se extrae calor del aire frío exterior.