Las características de un refrigerante se pueden ilustrar en un diagrama utilizando las propiedades primarias en abscisas y ordenadas.
Para los sistemas de refrigeración, las propiedades principales normalmente se eligen como el contenido de energía y la presión. El contenido de energía está representado por la propiedad termodinámica de la entalpía específica, que cuantifica el cambio en el contenido de energía por unidad de masa del refrigerante a medida que pasa por procesos en un sistema de refrigeración.
Arriba se puede ver un ejemplo de un diagrama basado en entalpía específica (abscisa) y presión (ordenada). Para un refrigerante, el intervalo de presión típicamente aplicable es grande y, por lo tanto, los diagramas utilizan una escala logarítmica para la presión.
El diagrama está organizado de manera que muestra las regiones de líquido, vapor y mezcla del refrigerante. El líquido se encuentra a la izquierda (con un bajo contenido energético) y el vapor a la derecha (con un alto contenido energético). En el medio se encuentra la región de mezcla. Las regiones están delimitadas por una curva, llamada curva de saturación. Se ilustran los procesos fundamentales de evaporación y condensación.
La idea de utilizar un diagrama de refrigerante es que permite representar los procesos en el sistema de refrigeración de tal manera que el análisis y la evaluación del proceso sean fáciles.
Cuando se utiliza un diagrama que determina las condiciones de funcionamiento del sistema (temperaturas y presiones), la capacidad de refrigeración del sistema se puede encontrar de una manera relativamente simple y rápida. Los diagramas todavía se utilizan como herramienta principal para el análisis de procesos de refrigeración. Sin embargo, ya están disponibles de forma generalizada una serie de programas para PC que pueden realizar el mismo análisis más rápido y con más detalles.
Proceso de refrigeración, diagrama presión/entalpía.
- tc = temperatura de condensación
- pc = presión de condensación
- tl = temperatura del liquido
- t0 = temperatura de evaporación
- p0 = presión de evaporación
El refrigerante condensado en el condensador está en la condición A, que se encuentra en la línea del punto de ebullición del líquido. El líquido tiene así una temperatura tc, una presión pc también llamada temperatura y presión saturadas.
El líquido condensado en el condensador se enfría aún más en el condensador hasta una temperatura más baja A1 y ahora tiene una temperatura tl y una entalpía h0. El líquido ahora está subenfriado, lo que significa que se enfría a una temperatura más baja que la temperatura de saturación.
El líquido condensado en el receptor está en la condición A1, que es líquido subenfriado. Esta temperatura del líquido puede cambiar si la temperatura ambiente calienta o enfría el receptor y el líquido. Si el líquido se enfría, el subenfriamiento aumentará y viceversa.
Cuando el líquido pasa a través de la válvula de expansión, su condición cambiará de A1 a B. Este cambio condicional se produce por el líquido en ebullición debido a la caída de presión a p0. Al mismo tiempo se produce un punto de ebullición más bajo, t0, debido a la caída de presión.
En la válvula de expansión la entalpía es constante h0, ya que ni se aplica ni se elimina calor.
En la entrada del evaporador, punto B, hay una mezcla de líquido y vapor, mientras que en el evaporador en C hay vapor saturado. En la salida del evaporador 4. Proceso de refrigeración, punto C1 del diagrama de presión/entalpía hay vapor sobrecalentado, lo que significa que el gas de succión se calienta a una temperatura superior a la temperatura de saturación. La presión y la temperatura son las mismas en el punto B y en el punto de salida C1, donde el gas está sobrecalentado, el evaporador ha absorbido calor del entorno y la entalpía ha cambiado a h1.
Cuando el refrigerante pasa a través del compresor, su condición cambia de C1 a D. La presión aumenta a la presión de condensación pc. La temperatura aumenta hasta el gas thot, que es mayor que la temperatura de condensación tc porque el vapor se ha sobrecalentado fuertemente. También se ha introducido más energía (procedente del motor eléctrico) en forma de calor y, por tanto, la entalpía cambia a h2.
En la entrada del condensador, punto D, la condición es, por tanto, de vapor sobrecalentado a la presión pc. El calor se desprende del condensador a los alrededores de modo que la entalpía vuelve a cambiar al punto principal A1. Primero se produce en el condensador un cambio condicional de vapor fuertemente sobrecalentado a vapor saturado (punto E), luego una condensación del vapor saturado. Desde el punto E al punto A, la temperatura (temperatura de condensación) sigue siendo la misma, ya que la condensación y la evaporación se producen a temperatura constante. Desde el punto A al punto A1 en el condensador, el líquido condensado se enfría aún más, pero la presión sigue siendo la misma y el líquido ahora está subenfriado.
FREQUENTLY ASKED QUESTIONS
A logarithmic scale is used for pressure in refrigerant diagrams because the typically applicable interval for pressure is large. This allows for a more detailed representation of the pressure range, making it easier to analyze and evaluate the refrigeration process.
Specific enthalpy is a critical property in refrigerant diagrams as it represents the energy content of the refrigerant per unit mass. By plotting specific enthalpy against pressure, refrigerant diagrams can illustrate the changes in energy content of the refrigerant as it undergoes various processes in a refrigeration system, such as compression, expansion, and heat transfer.
Refrigerant diagrams facilitate analysis and evaluation of refrigeration systems by providing a visual representation of the refrigeration process. By plotting the primary properties of the refrigerant, such as energy content and pressure, refrigerant diagrams enable engineers to identify key points in the process, such as the compression and expansion stages, and analyze the performance of the system.
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Refrigerant diagrams can be used in conjunction with other tools, such as thermodynamic models and simulation software, to optimize refrigeration system performance. By combining the visual representation of the refrigeration process provided by the diagram with detailed thermodynamic analysis and simulation results, engineers can identify opportunities for system optimization and improve overall system efficiency.
