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Refrigeración con fluido bifásico

En este ejemplo se muestra un modelo de ciclo de refrigeración por compresión de vapor utilizando componentes de fluido bifásico. El compresor conduce el refrigerante R-134a a través del condensador, una válvula de expansión y un evaporador. El gas caliente que sale del compresor se condensa en el condensador a través de la transferencia de calor al ambiente. La presión disminuye a medida que el refrigerante atraviesa la válvula de expansión. La disminución de la presión reduce la temperatura de saturación del refrigerante. Esto permite que hierva en el evaporador, ya que absorbe calor del compartimento refrigerador. A continuación, el refrigerante regresa al compresor para repetir el ciclo. El controlador activa y desactiva el compresor para mantener la temperatura del compartimento refrigerador dentro de un rango aproximado a la temperatura deseada.

Modelo

Resultados de simulación a partir de scopes

Resultados de simulación a partir del registro de Simscape

La figura representa el rendimiento del ciclo de refrigeración durante un espacio de tiempo, incluidas las presiones, temperaturas, flujos de energía y flujos másicos. Muestra que este ciclo de refrigeración opera a una proporción de la presión del compresor de aproximadamente 5,5. El coeficiente de rendimiento, que es la relación entre el calor extraído con la entrada de energía en el compresor, es aproximadamente de 4.

Esta figura representa la calidad del vapor en cada uno de los cuatro puntos del ciclo de refrigeración. Muestra que, cuando se activa el compresor, el evaporador absorbe suficiente calor del compartimento refrigerador como para vaporizar completamente el refrigerante. Después, el condensador reduce la calidad del vapor hasta aproximadamente 0,02. La evaporación súbita se produce en la válvula de expansión, de manera que el refrigerante se introduce en el evaporador con una calidad de vapor de aproximadamente 0,4.

Animación de los resultados de registro de Simscape

Esta figura muestra la evolución de los estados del fluido en el ciclo de refrigeración durante un espacio de tiempo. Los cuatro puntos del ciclo de refrigeración (entrada del compresor, entrada del condensador, entrada de la válvula de expansión y entrada del evaporador) se representan en el diagrama de presión-entalpía. Las líneas de puntos indican la temperatura y la curva gris representa la cúpula de saturación.

Propiedades del fluido

Las dos figuras siguientes representan las propiedades del fluido del refrigerante R-134a como una función de presión (p) y energía interna específica (u) y como una función de presión (p) y energía interna normalizada (unorm), respectivamente. El fluido es:

  • un líquido subrefrigerado cuando -1 <= unorm < 0;

  • una mezcla bifásica cuando 0 <= unorm <= 1;

  • vapor supercalentado cuando 1 < unorm <= 2.

Los datos sobre las propiedades del fluido se presentan como una cuadrícula rectangular en p y unorm. Por lo tanto, la cuadrícula en términos de p y u es no rectangular.

Los datos sobre las propiedades del fluido R-134a se pueden encontrar en r134aPropertyTables.mat.