Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 11
y como acondicionador de aire en el verano. Esto se consigue al añadir una
válvula inversora en el ciclo, como se muestra en la figura 11-11. Como resultado
de esta modificación, el condensador de la bomba de calor (ubicado en
los interiores) funciona como el evaporador del acondicionador de aire en el
verano. Además, el evaporador de la bomba de calor (localizado en el exterior)
sirve como el condensador del acondicionador de aire. Esta característica
incrementa la competitividad de la bomba de calor. Dichas unidades de propósito
doble se utilizan con frecuencia en los moteles.
Las bombas de calor son más competitivas en áreas que tienen una gran
carga de enfriamiento durante la temporada de frío, y una carga de calefacción
relativamente pequeña durante la temporada de calor, como en la zona sur de
Estados Unidos. En esas áreas, la bomba de calor cubre todas las necesidades
de enfriamiento y calefacción de los edificios residenciales o comerciales.
La bomba de calor es menos competitiva en áreas donde la carga de calentamiento
es muy grande y la carga de enfriamiento es pequeña, como en la zona
norte de Estados Unidos.
11-8 ■ SISTEMAS INNOVADORES DE REFRIGERACIÓN
POR COMPRESIÓN DE VAPOR
El ciclo simple de refrigeración por compresión de vapor estudiado antes, es
el más utilizado y el más adecuado para la mayor parte de las aplicaciones de
refrigeración. Los sistemas de refrigeración por compresión de vapor ordinarios
son simples, económicos, confiables y prácticamente libres de mantenimiento
(¿cuándo fue la última vez que le dio servicio a su refrigerador doméstico?).
Sin embargo, en grandes aplicaciones industriales, la eficiencia —no la simplicidad—
es lo que más importa. También en algunas aplicaciones, el ciclo simple
de refrigeración por compresión de vapor es inadecuado y necesita modificarse.
Ahora analizaremos algunas de esas modificaciones y refinamientos.
Sistemas de refrigeración en cascada
Algunas aplicaciones industriales requieren temperaturas moderadamente bajas,
y el intervalo de temperatura que involucran es demasiado grande para que un
ciclo simple de refrigeración por compresión de vapor resulte práctico. Un gran
intervalo de temperatura significa también un gran nivel de presión en el ciclo
y un pobre desempeño en un compresor reciprocante. Una manera de enfrentar
esas situaciones consiste en efectuar el proceso de refrigeración por etapas, es
decir, tener dos o más ciclos de refrigeración que operan en serie. Tales procesos
se denominan ciclos de refrigeración en cascada.
Un ciclo de refrigeración en cascada de dos etapas se muestra en la figura
11-12. Los dos ciclos se conectan por medio de un intercambiador de calor
en medio, el cual sirve como el evaporador para el ciclo superior (ciclo A) y
como el condensador en el ciclo inferior (ciclo B). Suponiendo que el intercambiador
de calor está bien aislado y que las energías cinética y potencial
son despreciables, la transferencia de calor del fluido en el ciclo inferior debe
ser igual a la transferencia de calor del fluido en el ciclo superior. De modo
que la relación de los flujos másicos en cada ciclo debe ser
m A h 5 h 8 m B h 2 h 3 m A
m h 2 h 3
B h 5 h 8
Además,
Q # L
COP R,cascada
W # m # B 1h 1 h 4 2
neto,entrada
m # A 1h 6 h 5 2 m # B 1h 2 h 1 2
(11-24)
(11-25)