Master en Ingeniería Industrial 2º cuatrimestre Bloue 3: Producción de frío Grupo Instalaciones y máuinas hidráulicas y Térmicas Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión Grupo de Termotecnia Dpto. Ingeniería Energética Universidad de Sevilla Juan Francisco Coronel Toro jfc@us.es Fundamentos de la producción de frío por Energética compresión en la Edificación ÍNDICE. Introducción 2. 3. Ciclo de compresión mecánica 4. Ejemplos Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 2
Fundamentos de la producción de frío por Energética compresión en la Edificación ÍNDICE. Introducción 2. 3. Ciclo de compresión mecánica 4. Ejemplos Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 3 Introducción Introducción Energética en la Edificación Qué es la Producción Frigorífica? Tecnologías ue persiguen colocar a un medio por debajo de la temperatura ambiente, mediante la extracción de calor (producción de frío). Producción térmica Ø Producción de calor Generación térmica Ø Producción de frío Tecnología Frigorífica Sectores y usos finales: Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 4 2
Introducción Energética en la Edificación Aplicaciones Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 5 Ejemplo: Instalación de climatización Introducción Energética en la Edificación Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 6 3
Introducción Energética en la Edificación Generador de frío: Enfriadora condensada por aire Alta T y p 45ºC Condensador Q C 40ºC Aire 35ºC T p 2ºC W C Agua 7ºC Baja T y p 4ºC Q F Evaporador Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 7 Fundamentos de la producción de frío por Energética compresión en la Edificación ÍNDICE. Introducción 2. 3. Ciclo de compresión mecánica 4. Ejemplos Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 8 4
Unidades de presión Energética en la Edificación Presión manométrica y absoluta p abs = p man + p atm Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 9 Energética en la Edificación Unidades de energía y potencia kcal = 4.9 kj kcal = fg kw = 860 kcal/h kw = 860 fg/h Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 0 5
Energética en la Edificación Propiedades de una sustancia pura Propiedades termodinámicas - Temperatura, T [K] - Volumen específico, v [ m³/kg ]! = /v [ kg/ m³ ] - Presión, p [kj/kgk] - Entalpía, h [ kj/kg ] - Entropía, s [ kj/kgk ] Sustancias puras Ø Monofase Prop = f(x,y) = f (T, p) Ø Euilibrio bifásico p = p (T) y Prop = f (T, X) Mezclas Ø Aire húmedo: Aire seco + vapor de agua Prop = f (x, y, z) Diagramas termodinámicos Ø Diagrama P-T: Curva de saturación Ø Diagrama T-S: Ciclos termodinámicos Ø Diagrama h-s: Producción de potencia Ø Diagrama p-h: Producción de frío Ø Diagrama psicrométrico: Tratamiento de aire y climatización Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío Diagramas p-t Energética en la Edificación Diagrama P-T del agua pura Curvas de saturación: euilibrio líuido-vapor Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 2 6
Energética en la Edificación Diagramas T-s Diagrama T-s del amoniaco (R-77) Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 3 Energética en la Edificación Diagramas p-h Diagrama p-h del amoniaco (R-77) Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 4 7
Balance de masa: Energética en la Edificación Balances de masa y energía en rég. permanente!m e =!m s kg/s Ø Flujo másico:!m = ρ! V = ρ u A kg/s Balance de energía: Energía en tránsito: E e = E s J!E e =!E s W Ø Flujos de energía a través de una superficie (fenómeno superficial) Ø Tipos de flujos: Calor (Q): Flujo de energía debido a T entre el sistema y el contorno Trabajo (W): Intercambio de trabajo en la frontera del sistema Energía asociada a la masa:!e m =!me =!m[h + u2 2 + gz] W Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 5 Balance de masa (kg/s)!m e =!m s Energética en la Edificación Sistemas abiertos en régimen permanente Balance de energía (W)!m e [h e + u 2 e 2 + gz ] +W + Q =!m [h + u 2 s e e e s s 2 + gz ] +W + Q s s s Ejemplos Ø Bomba Ø Turbina Ø Compresor Ø Intercambiador Ø Válvula Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 6 8
Fundamentos de la producción de frío por Energética compresión en la Edificación ÍNDICE. Introducción 2. 3. Ciclo de compresión mecánica 4. Ejemplos Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 7 Ciclo de compresión mecánica Energética en la Edificación Ciclo de Carnot: Componentes Máuina frigorífica de Carnot Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 8 9
del ciclo Ciclo de compresión mecánica Energética en la Edificación Energética = Energía útil Energía consumida Efecto útil: Frío producido en el evaporador COP MF = Q f COP MF,C = W c COP BC = Q c W c (EER) T f = T c T f T c / T f Efecto útil: Calor transferido en el condensador T c (COP) COP BC,C = = T c T f T f / T c Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 9 Ciclo de compresión mecánica Energética en la Edificación Ciclo estándar de refrigeración Fluido calentado Líuido 50ºC, 9 bar 3 2 Vapor 70ºC, 9 bar p 9 bar 6 bar 3 4 5 C 70 C 50 C 2 h Vapor 5ºC, 6 bar T 3 2 4 Líuido 5ºC, 6 bar 4 Fluido enfriado 3 Válvula de expansión Condensador Compresor 2 s Evaporador 4 Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 20 0
Ciclo de compresión mecánica Energética en la Edificación del ciclo estándar Efecto de la temperatura de evaporación (Tc = cte = 35ºC) Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 2 Ciclo de compresión mecánica Energética en la Edificación del ciclo estándar Efecto de la temperatura de condensación (Te = cte = - 5ºC) Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 22
Ciclo de compresión mecánica Energética en la Edificación Ciclo real de refrigeración Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 23 Fundamentos de la producción de frío por Energética compresión en la Edificación ÍNDICE. Introducción 2. 3. Ciclo de compresión mecánica 4. Ejemplos Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 24 2
Problema de ciclo estándar Ejemplos Energética en la Edificación Una máuina frigorífica utiliza el ciclo estándar de compresión de vapor. Produce 50 kw de refrigeración utilizando como refrigerante R-22, si su temperatura de condensación es 40 C y la de evaporación -0 C, calcular: A. Caudal de refrigerante B. Potencia de compresión C. Coeficiente de eficiencia energética D. Relación de compresión E. Caudal volumétrico de refrigerante manejado por el compresor F. Temperatura de descarga del compresor G. Coeficiente de eficiencia energética del ciclo inverso de Carnot con las mismas temperaturas de evaporación y condensación Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión IMHT - 3ª Parte: Producción de frío 25 Master en Ingeniería Industrial 2º cuatrimestre Bloue 3: Producción de frío Grupo Instalaciones y máuinas hidráulicas y Térmicas Tema : Fundamentos de la producción de frío por compresión Grupo de Termotecnia Dpto. Ingeniería Energética Universidad de Sevilla Juan Francisco Coronel Toro jfc@us.es 26 3