TRABAJO DE INVESTIGACIÓN
TEMA: REFRIGERACIÓN INDUSTRIAL
Integrantes: Wilmer de la Cruz Aguilar Natanael Infante Quispe Francisco Pérez Ortega
Docente: Ing. Hugo Mosueira !stra"er
Curso: #ermodin$mica
Ca%amarca& '( de diciem"re del ()'*.
INTRODUCCIÓN A+ora entramos al mundo del fr,o& es decir de la refrigeraci-n o las temperaturas "a%as. !stos ciclos tienen la particularidad de "a%ar la temperatura +asta casi llegar al cero a"soluto /a estamos en ).)' 0 1 2 ciencia de la criogenia3.
#odo esto gracias al fen-meno del estrangulamiento / a los 4efrigerantes de seguir manteniendo sus propiedades de l,uido / gas& aun a temperaturas mu/ "a%as sin llegar a solidificarse.
Aprenderemos a usar usar los diagramas P2 + de los principales principales refrigerantes. #am"ién m"ién conoc conocere eremos mos un poco poco el funcio funcionam namien iento to de algun algunas as de nuestr nuestras as m$uin m$uinas as domést doméstica icas s refrig refrigera erador dor&& congel congelado ador3 r3 e indust industria riales les frigor frigor,fi ,fico& co& camales& etc.35 as, como otros sistema ingeniosos de refrigeraci-n& como por e%emplo la refrigeradora a 6erosene& por ciclo in7ertido& "om"as de calor& etc.
OBJETIVOS O!et"#o Genera$ 2
8rindar conocimientos principales acerca de la refrigeraci-n industrial& su importancia / aplicaciones fundamentales.
O!et"#os Es%ec&'"cos 2 2
Conocer acerca de las le/es ue inter7ienen en la refrigeraci-n industrial.
MARCO TEÓRICO () CICLOS DE REFRIGERACIÓN CLASIFICACIÓN: !9isten en uso 7arios ciclos comunes de refrigeraci-n '. Ciclo por compresi-n de 7apor (. Ciclo de refrigeraci-n por gas :. Ciclo de refrigeraci-n por a"sorci-n ;. Ciclo de refrigeraci-n por 7ac,o
CICLOS DE COM*RESIÓN *OR VA*OR '2(= Compresi-n apro9imadamente politr-pica3 (2:= !nfriamiento iso"$rico serpent,n detr$s del refrigerador3 :2;= !strangulamiento adia"$tico isoent$lpico3 ;2'= Calentamiento iso"$rico c$mara& freezer3
COP
=
( Efecto refrigeran te) × m f W t(compreso r)
COP
=
=
Q ( 4
−
W t ( 1
1 )
−
=
2 )
h1
−
h4
h2
−
h1
( h m f 1
−
h4 )
( h m f 2
−
h1 )
=
( h1
−
h4 )
( h2
−
h1 )
><-nde se utilizan los ciclos de refrigeraci-n? 2
4efrigeradora 8osc+ @ide "/ @ide& conser7ador de '( p:& congelador de '' p:& sistema eurofrost& congelador con compartimientos independientes&
2 2
fast freezing& coser7ador con : anaueles regula"les. @istema de 4efrigeraci-n 2 Ba"oratorios 4efrigeradora eneral !lectric P@@(D@HM& puertas de acero ino9ida"le&
2
controles digitales (D p:& ecol-gico& dispensador de agua / +ielo. 4efrigeradora @amsung @@4 2 @() F#FM& @ide "/ @ide& () p:& mirror loo6ing& dispensador de agua / +ielo& "ar incorporado& digital.
Funcionamiento de una refrigeradora doméstica
C"c$os Negat"#os !n los ciclos negati7os apro7ec+amos el suministro de tra"a%o Wt '( motores eléctricos en nuestras refrigeradoras3 para e9traer calor del recipiente de menor temperatura #".
No ol7idemos ue cuando estudiamos estos ciclos Enosotros estamos dentro de las mauinas& por eso es ue nos calentamos con los alimentos ue est$n a temperatura am"iente. lo ue pasa en ue estamos a menor temperatura ue ellos G...por e%emplo a 2 ') 0C. #am"ién tenemos ue "otar calor a algn recipiente de ma/or temperatura #a& ue en la ma/or parte de los casos es el medio am"iente.
+) CICLO CARNOT NEGATIVO !l ciclo negati7o sigue la direcci-n contraria a las agu%as del relo%. Como son dos calores& Qe9traido / Qdescargado& podemos apro7ec+ar am"os en los sistemas de aire acondicionado& tanto para 7erano como para in7ierno.
E!e,%$o: @e usa un ciclo de Carnot para mantener un refrigerador a 2*C. !l calor se desec+a a un cuarto a ()C. @i se e9tr$en :)6W en forma de calor& determine a3 !l COP del ciclo& "3 el tra"a%o necesario / c3 el calor ue se desec+a al cuarto.
So$uc"-n:
T 1 =20 ° C + 273= 293 K T 2 =−5 ° C + 273 = 268 K
COP=
W =
T 2 T 1− T 2
30 kW 10.72
268 =
293− 268
= 10.72
=2.8 kW
Q des= 30 + 2.8=3 2.8 kW
.) DIAGRAMAS T /S 0 */1
!n los ciclos de refrigeraci-n se utiliza "astante el diagrama P2+ presi-n 2 !ntalp,a3& por ser m$s f$cil de utilizar. Por e%emplo& en el caso del condensador / del e7aporador ue son iso"$ricos presiones constantes3 en el #2s son cur7as& pero en el P2+ ser$n solo rectas +orizontales. !n el caso de la 7$l7ula ue es isoentalpica entalp,a constante +3& en el #2s ser$ una cur7a dif,cil3& mientras ue en el P2+ se es solo una recta 7ertical. Por lo tanto usaremos los diagramas P2+ en todos los pro"lemas de refrigeraci-n.
COP
=
h1 h2
−
−
h4 h1
2) CICLO REFRIGERACIÓN REAL !n los ciclos reales de refrigeraci-n 2 eso lo e9perimentar$n cuando lle7en sus pr$cticas o en el la"oratorio2 nos daremos cuenta ue en realidad los sistemas no son iso"$ricos5 por lo ue tendremos ca,das de presi-n a tra7és de los tu"os de los condensadores como en los e7aporadores. Asimismo& en el caso de los compresores& algunos de estos no tienen por ué ser adia"$ticos& por lo ue en algunos casos su entrop,a puede disminuir. Pero ese calor calentar$ el am"iente / entonces la entrop,a del am"iente tiene ue
su"ir en ma/or proporci-n para ue @I!MP4! la entrop,a aumente @egunda Be/ 3. !n los siguientes diagramas podemos o"ser7ar algunas modificaciones en los diagramas #2s.
3) REFRIGERANTES !s la sustancia de tra"a%o utilizada en los sistemas de refrigeraci-n. !n un sistema de refrigeraci-n& tanto por compresi-n de 7apor como por a"sorci-n& el enfriamiento se o"tiene por la e7aporaci-n de un l,uido. Por consiguiente cualuier fluido al ue se le puede cam"iar de fase& de un l,uido aun gas& puede ser7ir como refrigerante. @in em"argo& son muc+os los factores ue +acen ue algunas sustancias sean m$s adecuadas ue otras& dependiendo de la aplicaci-n.!%m Fre-n& enetr-n& Isotr-n& Arct-n& etc.
Refrigerantes más usados
MONOFLUOR TRICOLORO CCl3F METANO DIFLUOR DICLORO METANO CCl2 F2 DIFLUOR MONOCLORO METANO CHCl F2 METANO CH4 ETANO C2H6 ROANO C3H! AMONIACO NH3 A#UA H2 O AIRE ANH$DRIDO CAR%ONICO CO2 ANH$DRIDO &ULFURO&O &O2 REFRI#ERANTE ECOLO#ICO
R-11 R-12 12) R-22
(Freón
R-50 R-170 R-2"0 R-717 R-71! R-72" R-744 R-764 R-134'
!n las pr-9imas p$ginas tendremos los diagramas P2+ de los : principales refrigerantes ue se usan actualmente& el F4!ON '( - 42'( ue /a est$ en desuso por atentar contra la Capa de Ozono. Buego el refrigerante 42':;a ue se llama refrigerante ecol-gico /a no malogra la Capa de Ozono3 / finalmente el Amon,aco ue se usa "astante en refrigeraci-n industrial.
Diagrama P - h FREON 12
Diagrama P - h del R - 134a
Diagrama P - h del Amoníaco
4) NOMENCLATURA EN REFRIGERACIÓN O#4A@
!s el calor a"sor"ido por el refrigerante& de la sustancia o el $m"ito ue se uiere refrigerar. @e e9presa en toneladas de refrigeraci-n #ON3& en 6JKmin o 6W. !fecto refrigerante til= !s el efecto de refrigeraci-n& e9presado en unidades de calor por 6g. de refrigerante calor a"sor"ido en el !7aporador& q = h1-h4 3.
COP
=
h1
−
h4
h2
−
h1
#onelada de refrigeraci-n #ON3 !s una unidad de tipo tradicional / corresponde al Eefecto refrigerante til ue puede producir una tonelada de +ielo mientras se funde en un periodo de (; +oras. '#ON L '())) 8#K+ L ()) 8#Kmin L:.*(6W. Criogenia= ciencia del fr,o3 Consiste en la o"tenci-n de temperaturas menores de '))1. no de los métodos m$s frecuentes es la licuefacci-n de gases5 método Binde& método Claude / desmagnetizaci-n adia"$tica de una sal paramagnética.
5) COM*RESORES Q'( L m H( 2 +'3 Wt '( 4endimiento Isoentr-pico del Compresor= n sc L +( 2 +'3 K +( 2 +'3 Pero +a/ ue tener cuidado& pues no todos los compresores se les puede considerar adia"$ticos5 son solamente politr-picos& por lo ue pueden transmitir calor Q'(.
@istema de 4efrigeraci-n en el Ba"oratorio de !nerg,a de la Pontificia ni7ersidad Cat-lica del Per. Bos compresores tipo 4eciprocantes& o alternati7os o de Pist-n son los m$s utilizados en refrigeraci-n.
6) CONDENSADORES Para ue pueda cumplirse el ciclo siempre tiene ue +a"er una fuente caliente / una fuente fr,a& en los casos de refrigeraci-n el am"iente ser,a la fuente fr,a& pues uita calor al refrigerante ue est$ caliente después de la compresi-n.
Cuando el refrigerante es comprimido se 7uel7e apor @o"recalentado @C / luego tenemos ue 7ol7erlo l,uido en el condensador se condensaG35 pero para ue eso suceda se tiene ue uitar calor Q (: o QH& / de eso se encargan los tu"os serpent,n3 ue est$n detr$s de las refrigeradoras o en los laterales. !l condensador funcionar$ me%or en época de in7ierno cuando el am"iente esté m$s fr,o.
7) V8LVULAS 0 CONTROLES >C-mo se controla la refrigeradora? @e usan las 7$l7ulas ue cumplen la funci-n de crear el fr,o / tam"ién regular el flu%o de refrigerante
Bas 7$l7ulas de e9pansi-n termost$tica se usan para regular el flu%o autom$ticamente. Cuando el e7aporador est$ caliente este a"re la 7$l7ula / pasa ma/or flu%o de refrigerante& por lo tanto Q;' ser$ ma/or / se e9traer$ ma/or calor. !ste control se usa en las refrigeradoras industriales.
!n el caso de las refrigeradoras domésticas lo ue controlamos es el tiempo en el cual estar$ prendido o apagado nuestra refrigeradora& esto lo +acemos con el termostato ue +ace la funci-n de un interruptor de corriente eléctrica cuando la temperatura en el e7aporador este fr,a. !ste control podemos modificarlo nosotros mismos mo7iendo el regulador ue se encuentra dentro de la refrigeradora. Para medir el flu%o de refrigerante se usan los flu%ometros ue se instalan en la parte liuida...donde? ...después del condensador.
(9)EVA*ORADORES !sta es la parte principal de la refrigeradora& es el lugar donde guardamos los alimentos ue ueremos congelar o conser7ar5 au, los alimentos calientan el refrigerante ue est$ mu/ fr,o con temperaturas negati7as3. #iene ue ser mu/ adia"$tica para ue s-lo se e9traiga calor de los alimentos / no tam"ién del am"iente. Cada alimento tiene su propio calor Batente / @ensi"le3 ue el e7aporador tiene ue e9traer. Bas enciclopedias de refrigeraci-n tienen los datos de #O
Q ( 4
−
1 )
=
( h m f 1
−
h4 )
=
Q a lim entos
=
m a lim entos
×
PC a lim entos
(() (() (() (() (() (() (() (() (() (() (() (() (() (() (() SISTEMAS DOMSTICOS A+ora 7eremos algunos e%emplos principales de algunos artefactos electrodomésticos ue usamos diariamente. !ncontremos all, los principales elementos del ciclo de refrigeraci-n= Compresor& Condensador& $l7ula / !7aporador.
@istema t,pico ue encontramos en la tiendas.
@istema de Congeladores de dos c$maras. Au, se muestra una aplicaci-n del sistema de refrigeraci-n en los sistemas de aire acondicionado& ue lo estudiaremos en el pr-9imo cap,tulo.
(+)SISTEMAS INDUSTRIALES 4efrigerador por a"sorci-n de una etapa utilizado para l,uidos ')) 2 ')) #on3 ue usa 7apor de agua como fuente de energ,a térmica / H(O 2 Bi 8r como refrigerante. #+e #rane Compan/3
4efrigeradora de l,uidos por Compresi-n de 7apor ')) 2 :)) #on3& compresor rotatorio +elicoidal de ( etapas. #+e #rane Compan/3
@istema de refrigeraci-n por 7ac,o5 al uitarle presi-n es posi"le disminuir la temperatura. !n este caso utiliza un c+orro de 7apor de agua como enfriador.
@istema de refrigeraci-n por a"sorci-n ue utiliza la energ,a solar como fuente de energ,a.
Ciclo de 4efrigeraci-n con ciclo de aire. Funciona con el ciclo Joule 2 8ra/ton in7ertido5 estos sistemas se utilizan en el enfriamiento de los a7iones. !l aire es sacado del compresor del motor principal del a7i-n.
(.)BOMBAS DE CALOR
!s la misma refrigeradora pero lo ue se utiliza es el calor ue se uita al sistema en el condensador Q (:. COP L QH K Wt COP 2 COP L ' Podemos usar la misma m$uina para refrigerar / dar calor Calefacci-n3 con solo in7ertir una 7$l7ula. @! usa muc+o en los pa,ses fr,os& en el Per no lo necesitamos tanto.
(2)REFRIGERACIÓN *OR ABSORCIÓN REFRIGRERACION *OR ABSORCIÓN ;a
99
Marco !9perimental
Conclusiones
4ecomendaciones
8i"liograf,a
