Tema 5 uta y mollier

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Diagrama de Mollier

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Tema 5 uta y mollier

  1. 1. Máquinas y Equipos Térmicos. TEMA 5: EL CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G.
  2. 2. 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
  3. 3. Tratamientos del aire Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE Aire Con Tª y HR deseada Aire EXTERIOR Aire INTERIOR
  4. 4. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
  5. 5. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
  6. 6. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE 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
  7. 7. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
  8. 8. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
  9. 9. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
  10. 10. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE
  11. 11. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE SISTEMA 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 ºC Tª int. Requerida = 18 ºC COMPUERTAS ABIERTAS AL 100% Caso 2. Tª Ext. = 30 ºC Tª int. Requerida = 18 ºC COMPUERTAS ABIERTAS AL MÍNIMO
  12. 12. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE SISTEMA FREE COOLING (enfriamiento gratuito)
  13. 13. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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.
  14. 14. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. U.T.A. = UNIDAD DE TRATAMIENTO DEL AIRE * RECUPERADORES ENTÁLPICOS *
  15. 15. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESIÓN DE VAPOR
  16. 16. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. CICLO FRIGORÍFICO DE COMPRESIÓN DE VAPOR
  17. 17. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G.
  18. 18. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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]
  19. 19. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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)
  20. 20. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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.
  21. 21. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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
  22. 22. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G.
  23. 23. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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
  24. 24. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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.
  25. 25. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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)
  26. 26. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G.
  27. 27. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. a) CALIDAD del refrigerante a la entrada y salida de la fase de expansión. Calidad entrada expansión: 0 Calidad salida expansión: 0,5 b) CALIDAD del refrigerante a la salidad del evaporador Calidad salida evaporador: 1 c) TEMPERATURA entrada/salida expansor: Tª ent. EXP. = 55ºC Tª sal. EXP. = - 27ºC d) TEMPERATURA entrada/salida evaporador: Tª ent. EVAP. = -27ºC Tª sal. EVAP. = - 27ºC e) PRESIÓN entrada/salida evaporador: P = 0,1 Mpa = 1 bar
  28. 28. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. CICLO DE COMPRESIÓN POTENCIA FRIGORÍFICA: Calor que se absorbe del medio a refrigerar por unidad de tiempo (Qf), será equivalente al calor que absorve 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
  29. 29. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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.
  30. 30. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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
  31. 31. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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.
  32. 32. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. CICLO DE COMPRESIÓN CON SUBENFRIAMIENTO El SUBENFRIAMIENTO tiene como objetivos: a) Se absorve más calor en el evaporador b) Disminuye el tamaño del compresor, dado que hace falta menos refrigerante a igualdad de necesidades de frío c) Aumenta el COP, el rendimiento frigorífico
  33. 33. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. 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
  34. 34. Máquinas y Equipos Térmicos Tema 5: UTA + CICLO FRIGORÍFICO Prof. Santiago G. Ejercicio 5.20 (pág. 83)

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