Ciclo de Refrigeracion Completa

Laboratorio: Termodinamica II

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CICLO DE REFRIGERACION 1. INTRODUCCIÓN El presente informe, elaborado en base a la experiencia llevada a cabo en el labo labora rato tori rio o de term termod odin inám ámic ica a tien tiene e la inte intens nsió ión n de ser ser una una mode modest sta a contribución para conocer el funcionamiento de un Equipo de Refrigeración. El aire atmosférico es una mezcla de dos gases: oxígeno y nitrógeno, que en las condiciones atmosféricas se comportan como gases ideales y un vapor conden condensa sable ble,, el vapor vapor de agua, agua, para para ciertos ciertos usos de tipos industr industrial iales es o simplemente de confort se requiere regular la temperatura y las relaciones de aire seco – vapor de esta mezcla; los procesos por medio de los cuales se logran estas regulaciones se denominan procesos de acondicionamiento de aire. En cambi cambio o en los ciclos ciclos de refrige refrigerac ración ión,, nos exigen exigen la obtenc obtención ión de temperaturas comprendidas entre el cero absoluto y la temperatura ambiental, que pueden ser utilizados en procesos industriales, fabricación de productos químicos por conservaciones de alimentos. En esta esta expe experi rien enci cia a e info inform rme e se most mostra rará rá en form forma a obje objeti tiva va el func funcio iona nami mien ento to del del Equi Equipo po de Refr Refrig iger erac ació ión n con con que que cuen cuenta ta nues nuestr tra a universidad, así mismo tiene como fin obtener el COP del Ciclo y de la Planta, así como también la Eficiencia mecánica y volumétrica. Finalmente esperando que este informe cumpla con su objetivo y sea de valor informativo al lector que la tenga en sus manos.

2. OBJETIVOS Familiarizar al estudiante con un sistema de refrigeración, que opere como máquina refrigeradora o bomba de calor. Analizar el comportamiento del equipo equipo a cargas variables. Estudiar un ciclo de refrigeración, conociendo la relación de éste con el Ciclo de Carnot Inverso. Aprender a usar Diagramas de Temperatura vs Entropía y Presión vs Entalpía para representar ciclos termodinámicos.

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO ENERGIA

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Analizar las diferencias entre un ciclo de refrigeración teórico y uno experimental.

3. MARCO TEÓRICO

3.1 REFRIGERACION: La refrigeración es muy conocida por su aplicación en los equipos de aire acondicionado para edificios y para la producción, transportación y preservación de alimentos y bebidas. También tiene grandes aplicaciones en la industria como la producción de hielo y la deshumidificación de gases. Algunas aplicaciones importantes dentro de la Petroquímica se incluye la purificación de aceite lubricante, reacciones a bajas temperaturas, separación de hidrocarburos volátiles, entre otros. Y por supuesto una de las aplicaciones comerciales más importantes es la licuefacción de gases.

La palabra refrigeración implica el mantenimiento de una temperatura menor que la de los alrededores. Esto requiere de una continua absorción de calor a un nivel de temperatura bajo, lo cual se logra por la evaporación de un líquido bajo un proceso continuo a régimen permanente. El vapor generado deberá regresar a su estado líquido original para ser nuevamente evaporado. Esto se logra por uno de dos métodos, donde en el primero se somete a una compresión y luego a una condensación; mientras que en el segundo método el vapor es absorbido por un líquido de baja volatilidad, a partir del cual es evaporado a alta presión.

El ciclo de Carnot Inverso es considerado como el estándar de comparación dentro de los ciclos de refrigeración existentes, dado que por ser ideal da el rendimiento máximo posible por un proceso cíclico. Este será el patrón de comparación al evaluar eficiencia y operación de todos aquellos ciclos mecánicos reales que transforman el calor o energía internas en trabajo mecánico.

El ciclo de Carnot Inverso está compuesto por cuatro procesos totalmente reversibles que se ilustran en la figura que se muestra a continuación:


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1) Una evaporación isobárica e isotérmico de 1 a 2 a una temperatura T2 donde se suministra al fluido una cantidad de calor Q. 2) Una comprensión isoentrópica o adiabática donde el refrigerante pasa de una temperatura T2 a una T3 (donde T3 >T2) al realizar un trabajo sobre el gas.

3) Una condensación isobárica e isotérmico de 3 a 4 a una temperatura T4, al ceder una cantidad de calor Q al receptor.

4) Una expansión isoentrópica o adiabática donde el fluido pasa de una temperatura T4 hasta la inicial T1 (donde T4 >T1).

Para obtener un ciclo de refrigeración en la práctica se emplea una bomba calorimétrica, donde el líquido a evaporar a presión constante, permite absorber calor a temperatura constante. Este líquido refrigerante puede ser desde un glicoléter o producto halogenado hasta agua, dependiendo de las condiciones de operación requeridas y la aplicación industrial. Para el caso particular de esta práctica se emplea el Freón 12 (Diclorodifluorometano).

El ciclo de refrigeración de compresión de vapor que se efectúa en una bomba calorimétrica, realiza los siguientes procesos reversibles sobre la sustancia refrigerante: 1) Una evaporación donde se suministra calor poniendo en contacto indirecto una sustancia mas caliente con el refrigerante. Este comienza a hervir y pasa a fase vapor. 2) Ya en fase de vapor, este se introduce a un compresor de donde sale a mayor presión y temperatura. 3) El vapor comprimido pasa por un condensador, en donde se pone en contacto indirecto (ej. serpentín) con un fluido de menor temperatura. Durante este proceso el refrigerante cede calor logrando así su condensación. 4) Esta mezcla de vapor y líquido se pasa por una válvula de expansión isoentálpica, saliendo de ella a baja presión y temperatura.

Prácticamente se pueden hacer las siguientes consideraciones: a) La caída de presión del refrigerante durante el proceso de condensación y evaporación es despreciable, por lo que ambos se pueden considerar isobáricos.


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b) El proceso de compresión se realiza a entropía constante, dado que se considera que no hay intercambio de calor con los alrededores y toda la energía aplicada al compresor se convierte en trabajo (idealmente). c) El proceso de expansión en la válvula se realiza a entalpía constante.

Esto se verá ilustrado de la siguiente forma:


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4. FÓRMULAS DE CÁLCULO EFECTO REFRIGERANTE UTIL ∗

ER

=

q B

  KJ Kg    

h1 − h4

=

CALOR TRANSFERIDO

∗

= h2 − h3   KJ Kg    

q A

TRABAJO DE COMPRESION

∗

wC = h2

− h1   KJ Kg    

POTENCIA DEL COMPRESOR ∗ P C = m T .wC ( KW ) COEFICIENTE DE PERFORMANCE DEL CICLO

∗

COP CICLO

=

ER wC

COEFICIENTE DE PERFORMANCE DE LA PLANTA O DEL SISTEMA

∗

COP PLANTA

=

 T ER m . wC

EFICIENCIA MECANICA ∗

η m

=

COP PLANTA

.100%

COP CICLO

EFICIENCIA VOLUMETRICA

∗ η m =

 T .v4 m DC . RPM

.100% 60

7.

TABULACIÓN DE DATOS Refrigerante R – 134 A

P1(PSI) 1

8

P2(PSI) 150

T1(ºC)

T2(ºC)

T3(ºC)

17.1

74.7

32.6


T4(ºC) -23,5

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8.

TABULACIÓN DE RESULTADOS

Prueba Nº ER qA wC COPCICLO 1 64.24 126.54 62.3 1.0311

COPPLANTA ηm ηV 1.0304 99.93 28.6

9. DISCUSIONES El uso de la Máquina Refrigeradora es necesario y su uso es de gran importancia en el Laboratorio de Máquinas Térmicas, así como también en el área de Refrigeración y Aire Acondicionado, debido a que éste equipo serviría como un instrumento didáctico de apoyo al docente y de gran ayuda al alumno.

10. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Los campos de Refrigeración de Aire Acondicionado están bien definidos por sus diferentes aplicaciones: a) En la conservación de alimentos, el problema es resuelto mediante la refrigeración. b) En los procesos de fabricación de productos (caramelos, chocolates, telas, componentes eléctricos), se hace muy necesario un sistema de aire acondicionado, que permita controlar su humedad y su temperatura de dicho producto.


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Los ensayos realizados permitieron adquirir suficiente experiencia en el estudio y manipulación de la Máquina Refrigeradora para determinar mediante el proceso experimental todos los parámetros de identificación referentes a este equipo analizado, como el COP del Ciclo y de la Planta, así como también la Eficiencia mecánica y volumétrica.


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