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Ciclo de refrigeración por compresión de vapor

1834
  • Oliver Evans
  • Jacob Perkins
  • Alexander Twining
Vapor-compression refrigeration system in mechanical engineering lab.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

El ciclo de compresión de vapor es el termodinámica Proceso utilizado por la mayoría de las bombas de calor. Consta de cuatro etapas: compresión de un vapor refrigerante, condensación a un líquido a alta presión liberando calor, expansión a través de una válvula a una mezcla de líquido y vapor a baja presión, y evaporación a un vapor a baja presión absorbiendo calor. Este ciclo mueve la energía térmica en contra de su dirección natural de flujo.

El ciclo de compresión de vapor es la piedra angular de la refrigeración y el calor modernos. bomba tecnología. Aprovecha el principio físico de calor latente El proceso de vaporización consiste en que una sustancia absorbe o libera una gran cantidad de energía al cambiar de fase entre líquido y gas. Este ciclo utiliza un fluido volátil llamado refrigerante.

El proceso comienza en el compresor, que recibe vapor refrigerante a baja presión y baja temperatura y lo comprime hasta convertirlo en vapor sobrecalentado a alta presión y alta temperatura. Esto requiere un importante aporte de trabajo mecánico. A continuación, el vapor caliente fluye hacia el condensador, un intercambiador de calor donde libera calor al ambiente más cálido (por ejemplo, el aire exterior en verano) y se condensa en un líquido a alta presión. La tercera etapa es la válvula de expansión (o un tubo capilar), donde el líquido a alta presión experimenta una rápida caída de presión, lo que provoca un proceso llamado vaporización instantánea. Esto da como resultado una mezcla de líquido y vapor a baja presión y baja temperatura. Finalmente, esta mezcla fría entra en el evaporador, otro intercambiador de calor, donde absorbe calor del ambiente más frío (por ejemplo, el aire interior en verano), lo que provoca que el líquido restante hierva y se convierta en vapor. Este vapor a baja presión regresa al compresor y el ciclo se repite. Al invertir las funciones del condensador y el evaporador, el sistema puede proporcionar calefacción en lugar de refrigeración.

UNESCO Nomenclature: 3322
– Mechanical engineering

Tipo

Ciclo termodinámico

Ruptura

Revolucionario

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • Comprensión del calor latente por Joseph Black
  • La ley de Boyle y la ley de Charles describen el comportamiento de los gases.
  • Desarrollo de los primeros compresores mecánicos para procesos industriales
  • Descubrimiento de que los fluidos volátiles como el éter causan enfriamiento tras una rápida evaporación.

Aplicaciones

  • refrigeradores y congeladores domésticos
  • sistemas de aire acondicionado para edificios y vehículos
  • Refrigeración a escala industrial para plantas de procesamiento de alimentos y químicas
  • cryogenics for liquefaction of gases like nitrogen and oxygen
  • Enfriadores para grandes sistemas HVAC comerciales

Patentes:

  • GB Patent 6662 (Jacob Perkins, 1834)

Ideas para posibles innovaciones

  • Compresores con cojinetes magnéticos sin aceite para eliminar pérdidas por fricción y mejorar la confiabilidad
  • Intercambiadores de calor de microcanales para condensadores y evaporadores para aumentar la superficie y la eficiencia de transferencia de calor
  • Válvulas de expansión electrónicas para un control preciso del flujo de refrigerante, mejorando la eficiencia en una gama más amplia de condiciones.
  • refrigerant-free cycles using magnetic (magnetocaloric) or acústico (thermoacoustic) principles
  • Ciclos de compresión de vapor miniaturizados para enfriar dispositivos electrónicos personales y microrrobótica
  • Sistemas de refrigeración en cascada que utilizan múltiples ciclos anidados con diferentes refrigerantes para lograr temperaturas ultrabajas.
  • Ciclos de refrigeración mejorados con eyectores que utilizan calor residual para reducir la carga de trabajo del compresor
  • Desarrollo de refrigerantes de bajo potencial de calentamiento global (PCG) para sustituir a los HFC tradicionales
  • ciclos híbridos de absorción-compresión alimentados por energía solar térmica
  • Sistemas integrados que utilizan el calor residual del ciclo de refrigeración para calentar agua doméstica.
Related to: vapor-compression, refrigeration cycle, refrigerant, compressor, condenser, expansion valve, evaporator, thermodynamics, phase change, heat transfer.

Contexto histórico

Ciclo de refrigeración por compresión de vapor

-500
1750
1788
1834
1850
1850
1850
-500
1700
1761
1807-01-01
1850
1850
1850
1850

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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