Funcionamiento y Aplicaciones de Máquinas Frigoríficas, Bombas de Calor, Sobrealimentación y Ciclo de Carnot

Máquinas Frigoríficas

Componentes Principales

• Compresor: El fluido es comprimido, aumentando su presión y temperatura. Este proceso requiere energía (compresión adiabática).
• Condensador: El fluido se licua por enfriamiento, cediendo calor (compresión isoterma).
• Sistema de Expansión: El fluido se expande, disminuyendo su presión hasta la del evaporador.
• Evaporador: El fluido se evapora, absorbiendo calor del foco frío.

Tras la evaporación, el fluido recupera las condiciones iniciales y el proceso se repite.

Bomba de Calor

La bomba de calor consume trabajo para extraer calor del foco frío y cederlo al caliente. La diferencia principal radica en el intercambio de los focos frío y caliente. Una bomba de calor es una máquina frigorífica que aprovecha el calor cedido en el condensador para calentar un local.

Para esto, tiene un sistema que permite que en verano el evaporador esté dentro y el condensador fuera, y en invierno se invierte el sistema.

Sobrealimentación

Para conseguir la sobrealimentación, se utilizan turbocompresores, aprovechando la energía de los gases de escape. La energía necesaria para el compresor se obtiene de la turbina, que recibe la energía de los gases de salida del motor.

A la salida del compresor, los gases tienen alta presión y alta temperatura, lo cual es perjudicial para aumentar la potencia. Para solucionar este problema, se instala un intercambiador de calor a la salida del compresor, que enfría el aire antes de entrar al motor. De ahí proviene el término *Turbo Intercooler*.

Ciclo de Carnot

En un motor térmico, existe un intercambio de calor del foco caliente al frío. Cuanto menor sea este intercambio, más cantidad de calor se transforma en trabajo.

Carnot abordó el problema del rendimiento del motor térmico basándose en los siguientes hechos:

• Al motor se le suministra energía en forma de calor a temperatura elevada.
• El calor realiza trabajo mecánico.
• El motor cede calor a temperatura inferior.

Así obtuvo la expresión del rendimiento máximo de un motor térmico, independientemente del diseño, que sirve para cualquier máquina térmica. Las temperaturas se expresan en grados Kelvin.

El rendimiento del ciclo de Carnot depende únicamente de las temperaturas del foco frío y del caliente.