Ciclo básico de refrigeración

Basic refrigeration cycle – Linde circuit | Areacademy

¿Qué es un ciclo de refrigeración y cómo funciona?

El ciclo de refrigeración simple consta de cuatro procesos principales: compresión, condensación, expansión y evaporación. Estos procesos tienen lugar, respectivamente, en el compresor, el condensador, la válvula de expansión y el evaporador. La siguiente figura muestra un esquema del ciclo de refrigeración con los procesos mencionados, que también puede representarse en un diagrama Ph, como se muestra en la figura 1. Estos procesos termodinámicos forman un ciclo cerrado denominado circuito teórico de Linde, que es el circuito estándar de los sistemas reales de refrigeración por compresor.

Proceso de compresión

Como se muestra en la fig. 1, el ciclo básico de refrigeración comienza en el punto 1′. Aquí, el compresor aspira el vapor refrigerante sobrecalentado a través del conducto de aspiración y empieza a comprimirlo. La presión, la temperatura y la energía del vapor comprimido aumentan rápidamente. El volumen específico, en cambio, disminuye considerablemente. La compresión termina en el punto 2, que determina los parámetros del vapor que sale del compresor. En este punto, la temperatura y la energía del vapor refrigerante tienen el valor más alto de todo el ciclo.

Proceso de condensación

La distancia entre los puntos 2 y 3 representa el proceso de enfriamiento de este vapor sobrecalentado a alta presión hasta el punto en que comienza a condensarse. Su energía y su volumen específico disminuyen ligeramente. En el punto 3, el vapor ya no está sobrecalentado. En su lugar, se satura al 100 % (x = 1).

El proceso de condensación tiene lugar entre los puntos 3 y 4. Se trata de un cambio de fase en el que un vapor saturado se convierte gradualmente en un líquido saturado. Durante este proceso, se libera mucha energía en forma de calor, que debe disiparse. La condensación tiene lugar en condiciones de presión y temperatura constantes y termina en el punto 4, donde el valor «x» del refrigerante es igual a cero (x = 0).

Proceso de expansión

En la práctica, se suele recomendar que el refrigerante líquido esté ligeramente subenfriado. El proceso de subenfriamiento tiene lugar del punto 4 al 4′ y garantiza la entrada de refrigerante líquido en la válvula de expansión. Con el subenfriamiento, también aumenta la capacidad de refrigeración específica (el segmento entre los puntos 5 y 1 del gráfico).

Se utiliza una válvula de expansión para reducir la presión del refrigerante, que entra en ella como líquido subenfriado (punto 4′) y sale como una mezcla de líquido y vapor en el punto 5. La calidad de esta mezcla tiene un valor entre cero y uno (0 < x < 1). El proceso de expansión se trata como un proceso isentálpico; esto es, la energía (entalpía, kJ/kg) del refrigerante es constante.

Proceso de evaporación

La línea que va de los puntos 5 al 1 muestra el proceso de evaporación a una temperatura y presión constantes. La carga térmica del medio enfriado se transfiere al refrigerante a través de la superficie de intercambio de calor del evaporador. Por lo tanto, la energía del refrigerante aumenta considerablemente. Cuando se evapora toda la fase líquida de la mezcla líquido-vapor, se alcanza el punto 1, que define el vapor refrigerante saturado (x = 1).

Por último, el vapor refrigerante saturado circula a través del conducto de aspiración. En esta sección, controlamos el recalentamiento del refrigerante para asegurarnos de que el refrigerante que entra en el compresor no esté en fase líquida. El ciclo completo termina en el punto 1′, donde el volumen específico del refrigerante sobrecalentado alcanza el valor más alto, y donde se reinicia el proceso de compresión.

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