OBJETIVOS
General
Demostrar la aplicación practica de las leyes de la termodinámica sobre refrigeración e intercambio de calor, mediante la elaboracion de diseños experimentales de maquinas de refrigración y aire acondicionado.
Específicos
Elaborar una maquina de refrigración casera, aplicando los conocimientos de termodinamica recibidos en clase.
Elaborar un aparato de aire acondicionado casero, basándose en principios científicos de intercambio del calor.
Demostrar la aplicación del sistema de aire acondicionado para regular la temperatura de un medio.
Comprobar la transferencia de calor de un medio a otro, en este caso la reducción de la temperatura con aire frío emitido al ambiente.
MARCO TEÓRICO
REFRIGERACIÓN
La refrigeración es un proceso que consiste en bajar o mantener el nivel de calor de un cuerpo o un espacio. Considerando que realmente el frío no existe y que debe hablarse de mayor o menor cantidad de calor o de mayor o menor nivel térmico (nivel que se mide con la temperatura), refrigerar es un proceso termodinámico en el que se extrae calor del objeto considerado (reduciendo su nivel térmico), y se lleva a otro lugar capaz de admitir esa energía térmica sin problemas o con muy pocos problemas.
Los fluidos utilizados para llevar la energía calorífica de un espacio a otro, son llamados refrigerantes.
SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
Los denominados sistemas frigoríficos o sistemas de refrigeración corresponden a arreglos mecánicos que utilizan propiedades termodinámicas de la materia para trasladar energía térmica en forma de calor entre dos -o másfocos, conforme se requiera. Están diseñados primordialmente para disminuir la temperatura del producto almacenado en cámaras frigoríficas o cámaras de refrigeración las cuales pueden contener una variedad de alimentos o compuestos químicos, conforme especificaciones.
REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN
La refrigeración por compresión consiste en forzar mecánicamente la circulación de un fluido en un circuito cerrado creando zonas de alta y baja presión con el propósito de que el fluido absorba calor en un lugar y lo disipe en el otro.
MÁQUINA FRIGORÍFICA POR COMPRESIÓN MECÁNICA
Una máquina frigorífica por compresión tiene por cometido desplazar energía térmica en forma de calor entre dos puntos. La más sencilla de ellas es la refrigeración por compresión mecánica de una etapa.
La refrigeración por compresión se logra evaporando un gas refrigerante en estado líquido a través de un dispositivo de expansión dentro de un intercambiador de calor, denominado evaporador. Para evaporarse este requiere absorber calor latente de vaporización. Al evaporarse el líquido refrigerante cambia su estado a vapor. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe
energía térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio gaseoso o líquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le denomina carga térmica. Luego de este intercambio energético, un compresor mecánico se encarga de aumentar la presión del vapor para poder condensarlo dentro de otro intercambiador de calor conocido como condensador y hacerlo líquido de nuevo. En este intercambiador se liberan del sistema frigorífico tanto el calor latente como el sensible, ambos componentes de la carga térmica. Ya que este aumento de presión además produce un aumento en su temperatura, para lograr el cambio de estado del fluido refrigerante -y producir el subenfriamiento del mismo- es necesario enfriarlo al interior del condensador; esto suele hacerse por medio de aire y/o agua conforme el tipo de condensador, definido muchas veces en función del refrigerante. De esta manera, el refrigerante en estado líquido, puede evaporarse nuevamente a través de la válvula de expansión y repetir el ciclo de refrigeración por compresión.
Máquinas que aplican la refrigeración por compresión
Equipos de refrigeración
Aire acondicionado o acondicionador de aire
Refrigerador, nevera o frigorífico
Enfriador de agua
Tanque de leche
Cámara de refrigeración
Fábrica de hielo
Aire acondicionado automotor
ACONDICIONAMIENTO DE AIRE
El acondicionamiento del aire es el proceso que enfría, limpia y circula el aire, controlando, además, su contenido de humedad. Consiste en un cierto tratamiento del aire de un lugar cerrado para generar una atmósfera agradable para quienes se encuentran en dicho espacio. Incrementar o reducir la temperatura y el nivel de humedad del aire suelen ser los objetivos más habituales, aunque el proceso también puede implicar una renovación o filtración del aire. Las características del aire que se controlan simultáneamente son: temperatura, humedad, pureza y distribución uniforme en el recinto.
TRANSMISION DE CALOR
La segunda ley importante de la termodinámica es aquella según la cual el calor siempre viaja del cuerpo más cálido al cuerpo más frío. El grado de transmisión es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos cuerpos.
La transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura.
Para reducir o mantener la temperatura de un ambiente por debajo de la temperatura del entorno se debe extraer calor del espacio y transferirlo a otro cuerpo cuya temperatura sea inferior a la del espacio refrigerado. El ciclo de refrigeración simple es el principio fundamental de ingeniería que rige todos los sistemas de aire acondicionado.
El alma del proceso es una sustancia refrigerante que viaja por un circuito con dos puntos de intercambio de temperatura, uno al interior del espacio y otro en el exterior. En el punto de intercambio interior (evaporador), el refrigerante captura el calor del recinto a climatizar y lo conduce hasta el segundo punto de intercambio exterior (condensador), donde es liberado.
El refrigerante comienza el ciclo en un estado o condición inicial, pasa por una serie de procesos según una secuencia definitiva y vuelve a su condición inicial. A este proceso completo se le denomina: Ciclo de Refrigeración.
Fuente: www.frio7.comFuente: www.frio7.com
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FUNCIONAMIENTO
Lo que sucede es que el dispositivo toma el aire desde el interior de la recámara para luego pasarlo por tubos que se encuentran a una baja temperatura y que, además, estén enfriados por medio de la acción de un líquido. Dicho líquido, a su vez, se enfría por medio de un condensador. Así es como una parte del aire es devuelta a una temperatura mucho menor, mientras que la otra parte sale expulsada por la parte trasera del aparato en cuestión. Esto es lo que origina o, mejor dicho, lo que permite determinar qué tan grado de frío y qué nivel de trabajo debe llevar al cabo el compresor.
Sin embargo, no solo este componente se ocupará de realizar sus labores, por el contrario, cuando el termómetro arroja los resultados respecto a los niveles de frío y a las necesidades de puesta en marcha de procesos, el condensador también va a tener en claro con cuánto ímpetu realizar sus respectivas funciones.
METODOS DE ACONDICIONAMIENTO
En lo que respecta a los métodos de acondicionamiento por un sistema de aire acondicionado se pueden destacar dos grupos bien diferenciados:
Sistema de aire acondicionado autónomo: se caracteriza por producir tanto calor como frío, al tiempo que trata cuidadosamente el aire, a pesar de tener sus correspondientes falencias.
Sistema centralizado: tiene como herramienta importante a los acondicionadores que se encargan del tratamiento del aire y que, al mismo tiempo, pueden obtener la energía térmica (ya sea el calor o el frío) de un sistema que se encuentre centralizado. En este tipo de aire acondicionado, la producción de calor es una tarea que se deposita en las calderas, puesto que las mismas funcionan mediante los combustibles. Por otra parte, la de frío a máquinas de tipo frigoríficas funciona a partir de procesos de comprensión o bien por la absorción, al tiempo que llevan el frío que se produjo por los sistemas encargados, por supuesto, de la refrigeración.
SUMARIO
PROCEDIMIENTO
Materiales
- Un bote de basura o una cubeta grande.
– Tubos de goma o mangueras de látex de las usadas en acuarios.
– Un tubo de cobre fino, como los de refrigeradores.
– Un ventilador.
– Agua y hielo.
– Sal.
– Alambre.
El aire acondicionado casero es un sistema de enfriamiento simple. Lo primero que vamos a hacer, es una especie de espiral con círculos hechos con el tubo de cobre alrededor de la parte posterior (rejilla posterior) del ventilador. Para fijarlo, podemos utilizar alambre. Debemos tener en cuenta, dejar dos extremos libres que serán la succión y la salida de nuestro fluido de enfriamiento.
El segundo paso, consiste en realizar conexiones a los extremos libres del tubo de cobre con tubos de goma o de látex, de modo que tengamos unos 2m o 3m de distancia desde el ventilador hasta el lugar donde colocaremos el fluido de enfriamiento.
Ahora, es momento de preparar nuestro fluido de enfriamiento. Para ello, llenamos el bote o cubeta con agua y hielo y colocamos un poco de sal para bajar aún más el punto de congelamiento. Luego, colocamos uno de los extremos de los tubos de goma hasta el fondo del recipiente, y con el otro extremo, hacemos un sifón por vacío. Colocamos esta descarga sobre la cubeta para que el nivel de agua siempre sea el mismo.
Es momento de encender el ventilador, notaremos como la temperatura de la habitación disminuye unos grados, permitiéndonos disfrutar de un agradable clima artificial.
Cómo funciona
El agua helada que viene de la cubeta, corre por la tubería pasando alrededor del tubo de cobre que funciona como un serpentín de enfriamiento. Las aspas del ventilador succionan aire de la parte de atrás del aparato, y este aire se enfría por convección al ceder calor al agua que pasa por los tubos de cobre, logrando que el aire expulsado por el ventilador este sensiblemente más frío de lo normal.
El proceso de enfriamiento tomará unos 15 minutos en producir un clima agradable y durará aproximadamente 2 horas, o mientras el agua esté fría.
http://comohacer.eu/como-hacer-un-aire-acondicionado-en-casa/
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
La refrigeracion es proceso termodinamico en el cual intervienen las propiedades de los fluidos como el gas refrigerante al comprimirse y condensarse.
El sistema de aire acondicionado se da debido a un proceso de intercambio de calor.
La refrigeracion se produce debido a la la circulacion de un un gas a baja precion el cual absorbe calor por estas condiciones.
El aire frio que produce el aire acondicionado es debido a la circulacion de un liquido a baja temperatura en medio del curso del aire emanado por el ventilador.
La compresion y expansion del gas en un sistema de refrigeracion es el encargado de disminuir la temperatura y que se vuelva un ciclo cerrado.
Tarto el proceso de refrigeracion como el de aire acondicionado lo que se trata es de disminuir la emperatura con algun mecanismo, ya sea por compresion del gas en el de refrigeracion o por transpormacion de aire frio en el aire acondicionado.
La eficiencia del aire acondicionado mejoraria si se tratara de un sistema adiavatico, un sistema aislado dnde no tenga cntarcto con el medio.
RESULRADOS DE SU EXPERIMENTO
Como variables del experimento de refrigeración tenemos que la temperatura disminuye con respecto al tiempo. Por tanto nuestra variable dependiente es la temperatura y como variable independiente tenemos al tiempo.
t(s)
T(C)
0
19
1
18
1,2
17
2
15
3,39
12
3,47
11
3,59
10
4,07
9
4,15
8
4,22
7
4,39
6
4,48
5
4,56
4
5,04
3
5,22
2
5,31
1
http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/17271/1/refrigeracion.pdf
http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_frigor%C3%ADfico
http://es.wikipedia.org/wiki/Refrigeraci%C3%B3
http://www.frio7.com/docutecn/conceptos_funcionamiento_aa.pdf
http://www.maquinariapro.com/sistemas/sistema-de-aire-acondicionado.html
http://www.monografias.com/trabajos/aireacondi/aireacondi.shtml
http://tecnica2pyd.blogspot.com/2011/09/conceptos-basicos-sobre-aire.html
http://definicion.de/aire-acondicionado/