Apartado 3 - Pregunta 3.2 · Tecnología e Ingeniería II PAU Aragón Extraordinaria 2025

Esquema funcional del circuito frigorífico y diagrama p-V.

Solución: Esquema funcional: Debe incluir los cuatro componentes esenciales conectados en circuito cerrado: compresor, condensador (foco caliente $T_H$, cede $Q_H$), elemento/válvula de expansión y evaporador (foco frío $T_C$, absorbe $Q_C$), indicando el sentido de circulación del fluido refrigerante y la entrada de trabajo $W$ al compresor. Diagrama p-V: Ciclo invertido (recorrido en sentido antihorario) compuesto por cuatro transformaciones reversibles: - Compresión adiabática reversible (aumento de presión y temperatura). - Cesión de calor isoterma a alta temperatura $T_H$ (condensación/enfriamiento). - Expansión adiabática reversible (caída de presión y temperatura). - Absorción de calor isoterma a baja temperatura $T_C$ (evaporación).

Explicación del funcionamiento, aplicaciones y definición del concepto de eficiencia (coeficiente de operación).

Solución: Funcionamiento: El fluido refrigerante a baja presión y temperatura absorbe calor ($Q_C$) del recinto que se desea enfriar (foco frío) a través del evaporador, evaporándose. Luego pasa al compresor, donde mediante la aportación de trabajo mecánico exterior ($W$) se incrementa su presión y temperatura. En el condensador, el fluido cede calor ($Q_H$) al foco caliente (ambiente exterior), condensándose. Finalmente, el fluido atraviesa la válvula de expansión, sufriendo una descompresión con reducción brusca de temperatura antes de reiniciar el ciclo. Aplicaciones: Refrigeración doméstica e industrial (frigoríficos, congeladores, cámaras frigoríficas), climatización y aire acondicionado de edificios y vehículos, conservación de alimentos y productos farmacéuticos, o funcionamiento en modo bomba de calor para calefacción. Eficiencia / Coeficiente de operación (COP): Se define como la relación entre el efecto útil obtenido (el calor extraído del foco frío $Q_C$) y la energía consumida que cuesta conseguirlo (el trabajo neto aportado $W$): $$\mathrm{COP} = \frac{Q_C}{W} = \frac{Q_C}{Q_H - Q_C}$$ Para el ciclo ideal de Carnot reversible, en función de las temperaturas absolutas: $$\mathrm{COP}_{\text{Carnot}} = \frac{T_C}{T_H - T_C}$$