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Ciclo de refrigeración por compresión de vapor

1834
  • Oliver Evans
  • Jacob Perkins
  • Alexander Twining
Sistema de refrigeración por compresión de vapor en el laboratorio de ingeniería mecánica.

(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 tecnología moderna de refrigeración y bombas de calor. Aprovecha el principio físico del calor latente de vaporización, mediante el cual una sustancia absorbe o libera una gran cantidad de energía al cambiar de fase entre líquido y gas. El 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
- Ingeniería mecánica

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
  • criogenia para la licuefacción de gases como nitrógeno y oxígeno
  • Enfriadores para grandes sistemas HVAC comerciales

Patentes:

  • GB Patent 6662 (Jacob Perkins, 1834)

Ideas para posibles innovaciones

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Relacionado con: compresión de vapor, ciclo de refrigeración, refrigerante, compresor, condensador, válvula de expansión, evaporador, termodinámica, cambio de fase, transferencia de calor.

Contexto histórico

Ciclo de refrigeración por compresión de vapor

-500
1750
1788
1834
1850
1850
1850
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1700
1761
1807-01-01
1850
1850
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(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

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