Cálculo de Cilindrada y Capacidad Frigorífica en Sistemas con R-134a

Ejercicio 1: Cálculo de la cilindrada del compresor

1) Tenemos una instalación frigorífica de 3000 frig/h. El refrigerante utilizado es R-134a, evaporando a +10 °C y condensando a 40 °C. El compresor será alternativo hermético de 1800 rpm. El ciclo es saturado. Suponiendo condiciones teóricas (el rendimiento volumétrico es del 100%), calcula la cilindrada del compresor.

Resolución paso a paso:

• 1º Potencia frigorífica: 3000 frig/h × 4,187 kJ/frig = 12.561 kJ/h
• Efecto Refrigerante (ER): h1 - h4 (obtenido del Diagrama de Mollier). ER = 404 - 254 = 150 kJ/kg
• 2º Caudal másico (M): Potencia frigorífica / ER ⇒ 12.561 kJ/h / 150 kJ/kg = 83,74 kg/h
• 3º Caudal volumétrico (V): m × ve ⇒ 83,74 kg/h × 0,050 m³/kg = 4,187 m³/h
• Volumen específico (Ve): 0,050 m³/kg (según Diagrama de Mollier).
• Cilindrada: V / (rpm × 60 min/h) ⇒ (4,187 m³/h) / (1800 × 60 min/h) = 0,00003876 m³.
• Al convertir a centímetros cúbicos (multiplicar por 1.000.000 cm³/m³), obtenemos: 38,76 cm³.

Nota: Multiplicar por el número de cilindros si corresponde.

Ejercicio 2: Variación de la temperatura de condensación

2) Realiza el ejercicio anterior con los mismos datos pero condensando a 50 °C. Compara los resultados.

Resolución paso a paso:

• 1º Potencia frigorífica: 3000 frig/h × 4,187 kJ/frig = 12.561 kJ/h
• Efecto Refrigerante (ER): h1 - h4 (Diagrama de Mollier). ER = 405 - 273 = 132 kJ/kg
• 2º Caudal másico (M): Potencia frigorífica / ER ⇒ 12.561 kJ/h / 132 kJ/kg = 95,16 kg/h
• 3º Caudal volumétrico (V): m × ve ⇒ 95,16 kg/h × 0,050 m³/kg = 4,7579 m³/h
• Volumen específico (Ve): 0,050 m³/kg (Diagrama de Mollier).
• Cilindrada: V / (rpm × 60 min/h) ⇒ (4,7579 m³/h) / (1800 × 60 min/h) = 0,00004405 m³.
• Al convertir a centímetros cúbicos: 44,05 cm³.

Nota: Multiplicar por el número de cilindros si corresponde.

Ejercicio 3: Cálculo de la capacidad frigorífica

3) Tenemos un compresor de R-134a, de 20 cm³ de cilindrada y 1420 rpm. Calcula su capacidad frigorífica si la instalación va a evaporar a 10 °C y condensar a 40 °C.

Resolución paso a paso:

• 1º Cilindrada: 20 cm³ / 1.000.000 cm³/m³ = 0,00002 m³
• Caudal volumétrico (V): Cilindrada × rpm × 60 min/h ⇒ 0,00002 m³ × 1420 × 60 = 1,704 m³/h
• Caudal másico (m): V / Ve ⇒ 1,704 m³/h / 0,050 m³/kg = 34,08 kg/h
• Efecto Refrigerante (ER): h1 - h4 = 150 kJ/kg (según Diagrama de Mollier).
• Potencia frigorífica: m × ER ⇒ 34,08 kg/h × 150 kJ/kg = 5112 kJ/h
• Conversión a kcal/h: 5112 kJ/h × (1 kcal / 4,187 kJ) = 1220 kcal/h

Ejercicio 4: Variación de la temperatura de evaporación

4) Realizar el ejercicio anterior pero evaporando a -10 °C. Comparar los resultados.

Resolución paso a paso:

• Caudal volumétrico (V): 1,704 m³/h
• Volumen específico (Ve): 0,1 m³/kg (según Diagrama de Mollier evaporando a -10 °C).
• Caudal másico (m): V / Ve ⇒ 1,704 m³/h / 0,1 m³/kg = 17,04 kg/h
• Efecto Refrigerante (ER): h1 - h4 = 392 - 255 = 137 kJ/kg.
• Potencia frigorífica: m × ER ⇒ 17,04 kg/h × 137 kJ/kg = 2334,5 kJ/h
• Conversión a frigorías: 2334,5 kJ/h × (1 kcal / 4,187 kJ) = 557,5 frig/h