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Ciclos Frigoríficos 441
En cuanto a las exergías obtenidas, se obtienen tomando en cuenta el intercambio de calor. Recordemos
que se trató esta cuestión en el apartado 5.14.2 del capítulo 5. Allí obtuvimos la ecuación (5-51) que
nos permite calcular la exergía del calor.
B& q
T1
= Q&
2 − Q&
2
T2
⎛ T
= Q&
2 ⎜1
−
⎝ T
En consecuencia, reemplazando tenemos:
T1
Q&
2 ⎜1
− ⎟
⎝ T2
⎠ ⎛ T
ηex = = cef⎜1
−
W&
⎝ T
Es decir que el rendimiento exergético es el 36.6%.
⎛
⎞
1
2
⎞
⎟
⎠
⎛
⎝
1
2
⎞
⎟
⎠
295
= 3.
01⎜1
−
263
⎞
⎟
⎠
=
0.
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Ejemplo 10.3 Cálculo de un equipo frigorífico.
Un proceso frigorífico por compresión que usa HFC-134a requiere eliminar 100000 frigorías por hora de la
cámara fría, cuya temperatura debe ser de –10 ºC. La temperatura del condensador (fuente cálida) es de 25
ºC. Determinar la potencia del compresor, el caudal de masa de fluido refrigerante que circula por unidad de
tiempo y el coeficiente de efecto frigorífico. Comparar con los resultados del ejemplo anterior.
Solución
La carga de calor a eliminar en unidades SI equivale a 116300 J/seg. Las temperaturas absolutas son: temperatura
de salida del condensador = 298 ºK; temperatura operativa del evaporador = 263 ºK. En el diagrama
de propiedades termodinámicas del HFC-134a que encontramos en el Apéndice al final de este capítulo
se ubican los puntos siguientes: 1 al ingreso al compresor. 2 a la salida del compresor e ingreso al condensador.
3 a la salida del condensador e ingreso a la válvula expansora, y 4 a la salida de la válvula expansora
e ingreso al evaporador. Las propiedades de interés para el cálculo en esos puntos son las siguientes.
Punto Temperatura [ºK] Presión [Pa] Entalpía [J/Kg] Título [%]
1 263 200601 392866 0
2 303 666063 417455.7 0
3 298 666063 234643 0
4 263 200601 234643 23.24
Calculamos la potencia requerida del compresor, obteniendo 18.1 KW, lo que equivale a 24.2 HP. La cantidad
de calor extraída en el condensador es: 134373.3 J/seg. El coeficiente de efecto frigorífico cef es:
6.435. El caudal de masa de HFC-134a es: 0.735 Kg/seg.
Comparando el comportamiento del equipo actual que usa refrigerante HFC-134a con el del equipo del
ejemplo anterior, que para la misma carga calórica operaba con amoníaco, notamos que el cef obtenido es
menor en el caso actual (6.345) comparado con el cef del equipo que funciona con amoníaco que vale 6.47.
El caudal de masa de amoníaco que circula es del orden de 0.1 Kg/seg comparado con el caudal de 0.735
Kg/seg de refrigerante HFC-134a, siendo además que este último es mucho mas caro. El consumo de
energía en el equipo que opera con refrigerante HFC-134a es algo menor (24.2 HP) comparado con el del
que opera con amoníaco, que es del orden de 24.5, ambos en base teórica, sin considerar rendimientos del
compresor.
10.2.2 Efecto de disminuir la temperatura operativa del condensador
¿Qué efecto tiene la disminución de la temperatura operativa del condensador?. Es fácil ver en la segunda
figura del apartado 10.2 que si esta temperatura disminuye, el punto c se desplazará hacia la izquierda, y
en consecuencia también lo hace el punto d, que se encuentra sobre la isoterma inferior, dando como resultado
un título menor o sea menor proporción de vapor y mayor de líquido. Esto es beneficioso porque cuanto
mayor sea la proporción de líquido tanto mayor será la cantidad de calor absorbida por el fluido refrigerante
en la cámara fría.
Operativamente es posible disminuir la temperatura del condensador de tres maneras. Una es mediante un
fluido de enfriamiento de menor temperatura. Por ejemplo en un condensador de aire es posible obtener
una menor temperatura de funcionamiento si se puede usar agua, que por lo general está disponible a menor
temperatura que el aire atmosférico.
La segunda forma es limpiar mas a menudo el condensador. El uso lo ensucia gradualmente. Esto es inevitable,
pero si se limpia con frecuencia el efecto del ensuciamiento se hace menor.
Por último, la tercera forma es agrandando el condensador. Al haber mayor superficie de intercambio, el
grado de enfriamiento es mayor y baja la temperatura de salida del condensador.
Introducción a la Termodinámica – Jorge A. Rodriguez