Cómo calcular el COP del ciclo frigorífico de compresión de vapor

Calcula el COP del ciclo frigorífico de compresión de vapor, COP_R = (h_1-h_4)/(h_2-h_1). Refrigerantes R-134a, R-410A, R-32, R-744. Carrier 1902, EU F-Gas — Daikin, Mitsubishi, Carrier, Trane.

Parámetros de cálculo
¿Te ha sido útil esta calculadora?

Cómo calcular el COP del ciclo frigorífico de compresión de vapor permite estimar el coeficiente de rendimiento (COP) de neveras, aire acondicionado y bombas de calor. Willis Carrier patentó el primer AC en 1902 (Buffalo NY), y hoy 1.600 millones de unidades AC funcionan en el mundo. Ciclo de 4 fases: compresión adiabática (1→2), condensación isobárica con Q_H (2→3), laminación isoentálpica (3→4), evaporación isobárica con Q_L (4→1). COP_R = (h_1-h_4)/(h_2-h_1). COP_HP = COP_R + 1. Límite Carnot COP_Carnot = T_L/(T_H-T_L). Refrigerantes: R-134a (HFC, GWP 1430), R-410A (GWP 2088), R-32 (GWP 675), R-744 (CO₂, transcrítico), R-290 (propano). UE F-Gas 517/2014 y 2024/573 impone phase-down HFC. Fabricantes: Daikin, Mitsubishi Electric, Carrier, Trane, Johnson Controls.

1. Ciclo de compresión de vapor

El ciclo de compresión de vapor es el ciclo termodinámico más extendido en refrigeración: transfiere calor desde un foco frío (T_L, evaporador) a uno caliente (T_H, condensador) mediante trabajo W (compresor). 4 transformaciones: (1→

  • compresión adiabática del vapor saturado (W = h_2-h_1); (2→
  • condensación isobárica liberando Q_H = h_2-h_3; (3→
  • laminación isoentálpica (h_3=h_4); (4→

1) evaporación isobárica absorbiendo Q_L = h_1-h_4. COP_R = (h_1-h_4)/(h_2-h_1). Las entalpías h se leen del diagrama p-h (Mollier) o de las ecuaciones de estado del refrigerante (REFPROP NIST, CoolProp).

2. Refrigerantes modernos y regulaciones

  • R-134a (1,1,1,2-tetrafluoroetano) — HFC, GWP 1430, ODP 0, phase-down UE.
  • R-410A — mezcla R-32+R-125, GWP 2088, AC residencial, phase-out 2025.
  • R-32 (difluorometano) — HFC, GWP 675, A2L levemente inflamable.
  • R-744 (CO₂) — natural, GWP 1, transcrítico para bombas calor alta T.
  • R-290 (propano) — natural, GWP 3, A3 inflamable, AC comercial.
  • R-1234yf — HFO 4ª generación, GWP <1, automotive UE.
  • R-717 (NH₃) — natural, GWP 0, plantas industriales (cold storage).
  • R-600a (isobutano) — neveras domésticas Bosch, Whirlpool, Liebherr.

3. Rango de validez y correcciones reales

El COP_Carnot es el máximo termodinámico. Para T_L=273 K, T_H=313 K: COP_Carnot=6,8. COP real 2,5-4,5 para AC residencial (R-410A), 1,8-3,5 para bombas calor aire-agua, 4-7 para geotérmicas. Pérdidas: compresor no isentrópico (η_isen 0,7-0,85), condensador no isobárico (5-10%), laminación produce flash gas, sobrecalentamiento evaporador (5-10 K), subenfriamiento condensador (3-8 K). EER, SEER, SCOP son los KPI comerciales — Daikin Altherma 3 H HT alcanza SCOP 4,0+.

4. Ejemplos numéricos resueltos

Ejemplo 1 — Nevera doméstica R-600a. T_L = -18°C, T_H = 40°C. h_1 = 528 kJ/kg, h_2 = 580 kJ/kg, h_3 = h_4 = 250 kJ/kg. COP_R = 5,35 ideal. Real 1,5-2,5. Nevera 200 W consume ~1 kWh/día.

Ejemplo 2 — AC split residencial R-32 (Daikin). T_L = 7°C, T_H = 35°C. COP_R = 7,3 ideal, 4,2 real (SEER 21). Daikin Altherma 3 H HT 8 kW SCOP 4,0.

Ejemplo 3 — Bomba calor geotérmica R-410A. T_L = 5°C, T_H = 35°C. COP_HP = 8,3 ideal, 5,5 real. CIAT Aquaciat ILDH 60: 60 kW térmicos, SCOP 5,2 (Eurovent A++).

5. Aplicaciones prácticas del ciclo frigorífico

  • AC residencial: 1.600 millones de unidades, IEA prevé 5.600 millones para 2050. Daikin (Japón) líder global, Gree, Midea (China), Carrier, Trane (USA)
  • Neveras domésticas: Bosch, Whirlpool, Liebherr, LG, Samsung. R-600a dominante
  • Cadena de frío alimentaria: cold storage con NH₃, camiones Carrier Transicold con R-452A. Mercado 280.000 millones USD/año
  • Bombas calor residenciales: Daikin Altherma, Mitsubishi Ecodan, Vaillant aroTHERM, Viessmann Vitocal. Plan UE Green Deal: 30 millones bombas calor para 2030. España con Plan MOVES III
  • Refrigeración comercial: vitrinas supermercados, walk-in coolers, ice machines
  • Refrigeración automotive: paso R-134a → R-1234yf para vehículos UE post-2017
  • Bombas calor industriales alta T: Mayekawa Heatpac (130°C), procesos alimentarios, químicos, papeleros
  • Refrigeración transcrítica CO₂: supermercados Mercadona, Aldi, Lidl en España

6. Comparación con otros ciclos refrigerantes

El ciclo de compresión de vapor domina el 99% del mercado por COP elevado, coste bajo, escalabilidad de W a MW. Ciclo de absorción (LiBr-H₂O o NH₃-H₂O): sin compresor, usa calor (solar térmico, industrial residual) — COP 0,7-1,2 con energía gratuita (Yazaki, BROAD). Stirling reverso (Sunpower CryoTel): cryocoolers aeroespaciales 4-150 K, COP 0,1-0,3. Brayton inverso: aeroespacial y LNG. Magnetocalórica (Cooltech, Camfridge): sin refrigerante químico, COP 5-7, leadtime 2030. Peltier termoeléctrica: pequeño, sin fluidos, COP 0,3-0,8.

7. Desarrollos futuros y normativas

El UE F-Gas 2024/573 impone phase-down HFC: -55% para 2030 en CO₂eq, -98% para 2050. Daikin, Mitsubishi, Vaillant lanzan modelos R-290 (propano, GWP 3). R-744 transcrítico domina bombas calor industriales alta T y supermercados discount UE. HFO R-1234yf sustituye R-134a en automotive. Refrigerantes naturales (NH₃, CO₂, propano, isobutano) regresan tras 80 años de Freón. Magnetocalórica (Cooltech, Camfridge): COP 5-7, leadtime 2030. Bombas calor alta T Mayekawa, Star Refrigeration para industria 100-150°C. Normas ASHRAE 15, EN 378 seguridad, Ecodesign UE eficiencia mínima.

Actualizado a julio de 2026

Preguntas frecuentes

¿Qué es el COP del ciclo frigorífico de compresión de vapor?

El COP (Coefficient of Performance) mide la eficiencia: COP_R = (h_1-h_4)/(h_2-h_1) para refrigeración, COP_HP = COP_R + 1 para bomba calor. Límite Carnot COP=T_L/(T_H-T_L). Para AC residencial R-32: COP 4,5 real (Carnot 7,3). EER (BTU/Wh) y SEER estacional son los KPI comerciales — Daikin Altherma 3 H HT SCOP 4,0+.

¿Cómo se calcula el COP usando entalpías?

Se leen h_1 (vapor saturado evaporador), h_2 (salida compresor), h_3 (líquido condensador), h_4 = h_3 (laminación isoentálpica) del diagrama p-h del refrigerante. COP_R = (h_1-h_4)/(h_2-h_1). Software: REFPROP NIST, CoolProp open-source, EES, Modelica. Manualmente: tablas ASHRAE Handbook Refrigeration o DuPont/Honeywell.

¿Cuáles son los refrigerantes modernos más usados?

R-134a (HFC, GWP 1430, phase-down UE); R-410A (R-32+R-125, GWP 2088, phase-out 2025); R-32 (HFC, GWP 675, A2L); R-744 (CO₂, GWP 1, transcrítico); R-290 propano (GWP 3, A3); R-1234yf HFO (GWP <1, automotive); R-717 NH₃ industrial; R-600a isobutano neveras domésticas.

¿Qué es el reglamento UE F-Gas?

El reglamento UE F-Gas 517/2014 y 2024/573 impone phase-down HFC: -55% para 2030 en CO₂eq, -98% para 2050. Prohíbe R-410A en nuevos AC residenciales desde 2025, R-134a en automotive desde 2017. Empuja a refrigerantes naturales (NH₃, CO₂, hidrocarburos) y HFO. España con RD 115/2017 y certificación F-Gas.

¿Cuál es el COP de una bomba de calor residencial?

COP_HP instantáneo 3-5 para bombas calor aire-agua (Daikin Altherma, Mitsubishi Ecodan), 4-7 para geotérmicas (CIAT, Stiebel Eltron). SCOP (Seasonal COP) 3,5-4,5 real climatización. Daikin Altherma 3 H HT R-32 SCOP 4,0. Vaillant aroTHERM plus R-290 SCOP 4,8. Geotérmicas CIAT IDLH SCOP 5,2 (Eurovent A++).

¿Qué es el ciclo transcrítico CO₂?

El ciclo R-744 transcrítico opera por encima del punto crítico CO₂ (31°C, 73 bar): sin condensación pero enfriamiento de gas supercrítico. Usado para bombas calor agua sanitaria 90°C (Eco-Cute Japón, Sanden Sanyo) y supermercados UE (Lidl, Aldi). GWP=1, sin ODP, natural. Booster system con eyector (Carel) alcanza COP 3,5 en clima cálido.

¿Cuáles son los principales fabricantes de sistemas frigoríficos?

Daikin (Japón, líder 29 GW 2023), Mitsubishi Electric, Hitachi, Panasonic, Toshiba (Asia); Carrier (USA fundada por Willis Carrier 1902), Trane Technologies, Johnson Controls York; Vaillant, Viessmann, Bosch (Alemania); Ariston-Aermec, CIAT, Galletti (Italia); Gree, Midea, Haier (China, líder volumen 2023).

Comentarios (0)

Sin comentarios aún. ¡Sé el primero!