La refrigeración aplicada a la bomba de calor

​La refrigeración aplicada a la bomba de calor

Ciclo de Carnot

El funcionamiento de un climatizador  se basa en el ciclo de refrigeración de Carnot. Consiste en el traslado de energía calorífica de un foco caliente a uno frío o viceversa, mediante la energía mecánica que suministra el compresor del equipo. Este ciclo puede utilizarse como refrigerador (extrayendo calorías de un recinto frío), o como calentador o bomba de calor (calentando un caliente desde uno frío).

Equipos autónomos

El rendimiento de una máquina frigorífica es la relación entre el calor útil y la energía mecánica aportada. En caso de equipos frigoríficos el calor útil es Q1 (extraído del foco frío). En caso de bombas de calor, el calor útil es Q2 (calor aportado al foco caliente). Este rendimiento se denomina EER o COP (CEE es coeficiente de eficiencia energética, COP es en inglés coeficient of perfomance).

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En esta página vas ha tener una explicación de los que significan las siglas EER, COP, SEER y SCOP

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Ciclo de Carnot

Multiple Choice

El funcionamiento de un climatizador se basa en el ciclo de refrigeración de Carnot.

• Verdadero

• Falso

Multiple Choice

¿Qué significa el parámetro EER?

• Potencia frigorífica / Potencia eléctrica consumida en refrigeración.

• Potencia eléctrica consumida en calefacción.

• Potencia calorífica / Potencia eléctrica consumida en calefacción.

Multiple Choice

¿Qué significa el parámetro COP?

• Potencia eléctrica consumida en calefacción.

• Potencia frigorífica / Potencia eléctrica consumida en calefacción.

• Potencia calorífica / Potencia eléctrica consumida en calefacción.

Multiple Choice

Nuestra habitación en un determinado momento necesita 4kW de calefacción para mantenerse a 20ºC y nuestro equipo tiene un COP de 3, entonces (teóricamente) estaría consumiendo:

• 1,22 kW (eléctricos)

• 2,33 kW (eléctricos)

• 1,33 kW (eléctricos)

​El objeto del ciclo frigorífico es transportar calor de una fuente fría a otra más caliente, por medio de la circulación de un refrigerante. Esto se puede emplear para climatizar un espacio aportando calor o frío.

Vamos a poner un ejemplo  con una olla y un espejo:

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El agua en la  olla se encuentra en estado liquido al aplicar calor, el agua empieza a absorber calor hasta llega a los 100 ºC.

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En ese momento se produce el punto de ebullición y el agua pasa de líquido a vapor.

Si colocamos un espejo al tener su superficie más fría este vapor se empieza a condensar y vuelve al estado liquido.

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Tal como se refleja en este ejemplo, el agua sufre transformaciones en función del calor (energía) que se le transmita. Del mismo modo, los gases refrigerantes ven alterado su estado con el cambio de parámetros. En climatización se emplean determinados gases porque pueden trabajar a presiones y temperaturas más bajas que otras sustancias para lograr el máximo rendimiento y eficiencia.

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Principios de la refrigeración

Tal como se refleja en este ejemplo, el agua sufre transformaciones en función del calor (energía) que se le transmita. Del mismo modo, los gases refrigerantes ven alterado su estado con el cambio de parámetros. En climatización se emplean determinados gases porque pueden trabajar a presiones y temperaturas más bajas que otras sustancias para lograr el máximo rendimiento y eficiencia.

Los refrigerantes tienen una gran capacidad de absorber calor y ceder calor. Cuando se ven sometidos a temperatura y presiones determinadas, cambian su estado de líquido a gaseoso y otra vez líquido.

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Según ves en esta tabla la temperatura a la que entra en ebullición el R-410 A con una presión de 5 bares es de unos -15ºC eso nos lleva en climatización a poder absorber calor en las peores condiciones exteriores.

​En este vídeo puedes ver el esquema de un circuito frigorífico y su funcionamiento.

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Principios de la refrigeración

Multiple Choice

El agua en una  olla se encuentra en estado liquido, al aplicar calor el agua empieza a absorber calor hasta llegar a los 100 ºC, si nosotros le seguimos aportando calor, el agua entra en ebullición. Como se llama  la cantidad de energía requerida por una sustancia para cambiar de fase, de líquido a gaseoso (calor de vaporización).

• Calor sensible

• Calor Latente

• Entalpía

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Los refrigerantes tienen una gran capacidad de absorber calor y ceder calor. Cuando se ven sometidos a temperatura y presiones determinadas, cambian su estado de líquido a gaseoso y otra vez líquido.

La temperatura a la que entra en ebullición el R-410 A con una presión de 5 bares es de:

• -5ºC

• -15ºC

• -1ºC

El refrigerante cambia de estado a lo largo del ciclo frigorífico, el diagrama de Mollie  nos va a ayudar a representar las distintas transformaciones que sufre el refrigerante y obtendremos importantes conclusiones

a partir del mismo.

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Cada refrigerante tiene su propio diagrama ph. En esta imagen vamos a ver el diagrama del refrigerante R-410A.

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​Si tomamos un gas refrigerante, podemos ver la evolución del ciclo de refrigeración de un equipo climatizador en el Diagrama de Mollier, con presiones en el eje vertical (absolutas), y entalpía (o energía total) en el eje horizontal en calorías por kg.

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Ciclo de Mollier

1º- Compresión.

A partir del refrigerante en estado vapor recalentado. El gas aumenta de presión y se calienta, aumenta su entalpía.

2º- Condensación.

Se enfría el gas caliente y comprimido, y comienza a condensar y pasar a fase líquida. Baja su entalpía.

3º- Expansión.

El refrigerante en estado líquido a alta presión, pasa por un orificio y baja su presión de golpe. Su entalpía no cambia.

4º- Evaporación.

El refrigerante se encuentra en estado casi líquido, pero al ser la presión baja, debe de estar vaporizado. Pero para evaporarse debe absorber calor, y lo hace bajando su temperatura. Al evaporarse, aumenta su entalpía. Al final el refrigerante vuelve a ser gas a baja presión, y retorna al compresor para iniciar el ciclo.

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• La curva de la izquierda nos indica que el refrigerante es todo líquido.

• La curva derecha nos indica que el refrigerante es todo gas.

• Entre ambas curvas el refrigerante está hirviendo o condensando, es decir, está en parte líquido y en parte como vapor.

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Ciclo de Mollier

Al principio vemos tantas líneas que parece muy complicado entenderlo, con los siguientes vídeos explicativos veremos que no es tan difícil.

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En este vídeo nos van a explicar todas sus líneas y lo que significan en nuestro ciclo frigorífico.

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​En este vídeo nos van a explicar como representar nuestro ciclo frigorífico.

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Ciclo de Mollier

Multiple Choice

En la compresión:

• El refrigerante en estado líquido a alta presión, pasa por un orificio y baja su presión de golpe. Su entalpía no cambia

• Se enfría el gas caliente y comprimido, y comienza a condensar y pasar a fase líquida. Baja su entalpía.

• El refrigerante se encuentra en estado casi líquido, pero al ser la presión baja, debe de estar vaporizado. Pero para evaporarse debe absorber calor, y lo hace bajando su temperatura.

• A partir del refrigerante en estado vapor recalentado. El gas aumenta de presión y se calienta, aumenta su entalpía.

Multiple Choice

En la condensación:

• El refrigerante en estado líquido a alta presión, pasa por un orificio y baja su presión de golpe. Su entalpía no cambia

• Se enfría el gas caliente y comprimido, y comienza a condensar y pasar a fase líquida. Baja su entalpía.

• El refrigerante se encuentra en estado casi líquido, pero al ser la presión baja, debe de estar vaporizado. Pero para evaporarse debe absorber calor, y lo hace bajando su temperatura.

• A partir del refrigerante en estado vapor recalentado. El gas aumenta de presión y se calienta, aumenta su entalpía.

Multiple Choice

En la expansión:

• El refrigerante en estado líquido a alta presión, pasa por un orificio y baja su presión de golpe. Su entalpía no cambia

• Se enfría el gas caliente y comprimido, y comienza a condensar y pasar a fase líquida. Baja su entalpía.

• El refrigerante se encuentra en estado casi líquido, pero al ser la presión baja, debe de estar vaporizado. Pero para evaporarse debe absorber calor, y lo hace bajando su temperatura.

• A partir del refrigerante en estado vapor recalentado. El gas aumenta de presión y se calienta, aumenta su entalpía.

Multiple Choice

En la evaporación:

• El refrigerante en estado líquido a alta presión, pasa por un orificio y baja su presión de golpe. Su entalpía no cambia

• Se enfría el gas caliente y comprimido, y comienza a condensar y pasar a fase líquida. Baja su entalpía.

• El refrigerante se encuentra en estado casi líquido, pero al ser la presión baja, debe de estar vaporizado. Pero para evaporarse debe absorber calor, y lo hace bajando su temperatura.

• A partir del refrigerante en estado vapor recalentado. El gas aumenta de presión y se calienta, aumenta su entalpía.

Multiple Choice

En la campana del ciclo de Mollier, a la izquierda:

• Está la zona de líquido subenfríado.

• Está la zona de vapor recalentado.

• Está la zona de líquido y vapor.

Multiple Choice

En la campana del ciclo de Mollier, a la derecha:

• Está la zona de líquido subenfríado.

• Está la zona de vapor recalentado.

• Está la zona de líquido y vapor.

Multiple Choice

Dentro de la campana del ciclo de Mollier.

• Está la zona de líquido subenfríado.

• Está la zona de vapor recalentado.

• Está la zona de líquido y vapor.