SISTEMA DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR
I.
INTRODUCCION
Un ciclo de compresión mecánica simple consta, esencialmente de un compresor, un condensador, un evaporador, una válvula de expansión y las tuberías de unión de todos estos elementos para conseguir un circuito cerrado. En el evaporador, el fluido refrigerante se vaporiza tomando calor del medio que lo envuelve y enfriando dicho medio. Los vapores asi formados son aspirados por el compresor y después comprimidos, descargándolos al condensador en forma de vapor recalentad, cediendo a un medio mas frio que envuelve al condensador tanto el calor latente de vaporización absorbido en el evaporador como el sensible de recalentamiento, proporcionado por el compresor. Cedido este calor el vapor pasa nuevamente al estado líquido, para empezar de nuevo el ciclo tras estrangularse. El fluido refrigerante se encuentra en el evaporador a baja presión y baja temperatura. Al comprimir comprimir el compresor compresor los vapores, vapores, estos aumentan aumentan su temperatura temperatura como resultado de que la energía comunicada por el trabajo de compresión se traduce en un aumento de energía interna de los vapores. El fluido refrigerante se encuentra en el compresor a baja presión y baja temperatura durante la aspiración y a alta presión y alta temperatura durante la descarga. Estas diferencias de presiones se regulan mediante válvulas de aspiración y descarga, las cuales abren por diferencia de presiones entre sus dos caras. El condensador es también un cambiador de calor. El fluido se encuentra en el condensador a alta presión y alta temperatura. La función de la válvula de expansión es doble. Por un lado, regula la cantidad de líqui do que entra en el evaporador para que se mantenga una presión constante en él. Por otro, al paso por la válvula tiene tien e lugar la reducción de presión, presi ón, desde la alta presión que reina en el condensador hasta la baja que tiene el evaporador.
El proceso que se realiza en la válvula es adiabático, irreversible e isoentálpico, denominado estrangulamiento. El líquido a alta presión y alta temperatura, que procede del condensador atraviesa la válvula, y al encontrarse a una presión más baja, se vaporiza en parte tomando el calor necesario del propio líquido que se enfría hasta la temperatura correspondiente a la presión que allí existe. Se obtiene el refrigerante en estado líquido a baja presión y baja temperatura (más algo de vapor en iguales condiciones), preparado para vaporizarse en el evaporador. II.
OBJETIVOS:
Identificar los elementos del sistema de refrigeración por compresión de vapor.
Determinar las presiones presiones de funcionamiento y el ciclo termodinamico termodinamic o desarrollado por el sistema.
III.
FUNDAMENTO TEORICO
La Refrigeración es definida como la ciencia que trata de los fenómenos o procesos de reducción y mantenimiento de la temperatura de un material o ambiente por debajo de la temperatura del medio ambiente que lo rodea Dentro de sus aplicaciones tenemos tres grandes campos: -
Fabricación de hielo ( industrial o domestico )
-
Conservación de alimentos, productos hidrobiologicos hidrobiologico s y productos perecibles.
-
Acondicionamiento Acondicionamient o de ambientes ( enfriamiento y deshumidificacion deshumidif icacion del aire)
El proceso de refrigeración comprende, la absorción del calor del cuerpo o ambiente que se trata de enfriar a una temperatura baja ; y la evacuación del calor , del aparato , a una temperatura más alta , mediante un mismo fluido de trabajo denominado REFRIGERANTE. Esta se representa a través del Ciclo Inverso de Carnot. Dentro de las aplicaciones de la refrigeración se tiene el aplicado al Sector Doméstico, mediante los Ciclos de Compresión a Vapor con refrigerantes ecológicos. CICLO DE REFRIGERACIÓN: REFRIGERACIÓN:
La inversa del ciclo de carnot transfiere transfier e energía desde una región de baja temperatura a Sabemos que un motor térmico funciona siguiendo el Ciclo Normal de Carnot, una Maquina frigorífica funciona de acuerdo al Ciclo invertido de Carnot, cuyo mecanismo se representa en los diagramas T-S y P-H
A D
B C
Los detalles del ciclo de refrigeración por compresión a vapor es el siguiente: PROCESO DE EXPANSION ISOENTROPICA: El refrigerante líquido entra al dispositivo de expansión en el punto A. A. A la presión de alta, idealmente se asume que esta ubica en el punto de líquido saturado. Existen diversos dispositivos de expansión; los más comunes son la válvula de expansión y el tubo capilar. En cualquier caso el dispositivo de control de flujo tiene una abertura estrecha lo que da por resultado una gran pérdida de presión al fluir el refrigerante a través del mismo. El refrigerante refrigerant e sale por el punto B a la presión de baja del sistema, como una mezcla de líquido y vapor, por lo consiguiente se debe buscar a esta presión la temperatura de saturación. PROCESO DE EVAPORACIÓN EVAPORACIÓN O ABSORCIÓN ABSORCIÓN DE CALOR: El refrigerante fluye a través de la tubería del evaporador de B a C. El evaporador es un banco de tuberías de distinto tipo de configuración dentro del cual fluye el refrigerante. La sustancia que se debe enfriar enfriar generalmente aire fluye en los exteriores a un banco de
tuberías, realizándose el intercambio de calor de manera indirecta. Esta sustancia se encuentra a una temperatura más elevada que la del refrigerante. Debido a que el refrigerante líquido dentro del evaporador ya se encuentra a su temperatura de saturación (su punto de ebullición) el calor que gana hace que se evapore al pasar por el evaporador. Por lo general, el refrigerante sale del evaporador ya sea como un vapor saturado (idealmente) o un vapor sobrecalentado (realmente).
PROCESO DE COMPRESIÓN ISOENTROPICA: El vapor ingresa al compresor por el lado de succión, para luego ser comprimido a una presión elevada (presión de alta) adecuada para efectuar la condensación. Esta presión es aproximadamente igual a la cual entro al dispositivo de control de flujo. En realidad la presión es ligeramente mayor que este valor. Se requiere trabajo para comprimir el gas , este trabajo procede de un motor o una máquina que mueve al compresor. Este trabajo contribuye a aumentar la energía almacenada del vapor comprimido, resultando en un aumento de su temperatura. En este ejemplo el refrigerante sale del compresor en el punto D , y en una condición de sobrecalentamiento.
PROCESO DE CONDENSACIÓN: CONDENSACIÓN: El gas a la Presión de Alta que descarga el compresor fluye a través de la tubería del condensador de D a A. Un fluido, tal como el aire o agua, fluye por los exteriores de la tubería. En un Ciclo de refrigeración doméstica, el calor fluye a través de las tuberías del condensador, el cual es enfriado por una corriente de aire en forma transversal, que fluye en forma natural, ya que no se requiere grandes masas de aire. Como el refrigerante esta sobrecalentado cuando entra al condensador, primero se enfría hasta que su temperatura alcanza la de saturación. La remoción adicional de calor resulta en la condensación gradual del refrigerante, hasta que se licua en su totalidad. El
refrigerante puede salir del condensador como un líquido saturado (idealmente) o sub enfriado (real) .
IV.
MATERIALES Y METODOS: 1. Materiales y equipos: -
Módulo de refrigeración refrigera ción (fig. 1)
-
Termómetro digitales
Anemómetro
-
Figura 1: Modulo de refrigeración 2. Métodos: -
En la figura 2, se presenta el esquema de módulo de refrigeración. refrigerac ión. Identificar los elementos de ese modulo y complete el cuadro adjunto.
CUADRO 1: identificación de los elementos del módulo de refrigeración. NUMERO
ELEMENTO
1
COMPRESOR
2
ACUMULADOR DE ASPIRACION
3
VALVULA
4, 6, 7, 8
PRIMERA VALVULA DE EXPANSIÓN TERMICA
5
FILTRO DE SUCCIÓN
9
EVAPORADOR(INTERCAMBIADOR EVAPORADOR(INTER CAMBIADOR DE CALOR EXTERIOR)
10
RECIPIENTE
DEL
LIQUIDO
REFRIGERANTE 11
GENERADOR
12, 13
VALVULA BYPASS
14
CONDENSADOR(INTERCAMBIADOR DE CALOR INTERIOR)
15, 16
SEGUNDA VALVULA DE EXPANSIÓN TERMICA
17
-
PRESOSTATO DE ALTA
Señale el cuadro 2, las características de los elementos en el módulo de refrigeración.
CUADRO 2: características de los elementos del módulo de refrigeración ELEMENTOS
CARACTERISTICAS
Compresor Evaporador Condensador Valvula de expansión
-
Defina las presiones indicada en cada uno de los manometros.
P1: Baja presión= 3,25 bar absoluto
P2: Alta presión= 9,1 bar absoluto P3: Baja presión= 3,4 bar absoluto P4: Alta presión= 9,8 bar absoluto Caudal del agua del condensador: 11,6 L/h Caudal del agua al evaporador: 27,5 L/h Caudal del fluido frigorífico: 33% (76 ml/mg)
En el cuadro 4, registre las lecturas de presiones y temperaturas temperatur as en los manometros
-
y termómetros. CUADRO 4: Registro de presiones y temperaturas en los manometros y termómetros SITUACION
P1
P2
P3
P4
T1 (en el aire de la cámara)
Termostato en posición 3,25 5,3
7,6
9,8
2 (Cuando el compresor bar
bar
bar
bar
se prende)
SITUACION
T° de la salida
T° entrada
T° de la
T° entrada
T° salida
compresor salida de
válvula de
compresor
evaporador Termostato en posición
8,4 °C
11,7 °C
agua
expansión
16,2 °C
22,7 °C
62,1 °C
2 (Cuando el compresor se prende)
V.
RESULTADOS Y DISCUSIONES
VI.
CONCLUSIONES Observamos un sistema de refrigeración por compresión de vapor y nos familiarizamos con sus partes y funciones
VII.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS BIBLIOGRAFIC AS
VIII.
CUESTIONARIO 1. Explique el funcionamiento de los accesorios utilizados en los sitemas sitemas industriales de refrigeración Compresor Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. Al igual que las bombas, bombas, los compresores compresores también desplazan desplazan fluidos, pero pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable. Utilización Los compresores son ampliamente utilizados en la actualidad en campos de la ingeniería y hacen posible nuestro modo de vida por razones como:
Son parte importantísima de muchos sistemas de refrigeración refrigerac ión y se encuentran en cada refrigerador casero, y en infinidad de sistemas de aire acondicionado.
Se encuentran en sistemas de generación de energía eléctrica, eléctri ca, tal como lo es el Ciclo Brayton.
Se encuentran en el interior muchos "motores de avión", como lo son los turborreactores y hacen posible su funcionamiento.
se pueden comprimir gases para la red de alimentación de sistemas neumáticos, los cuales mueven fábricas completas.
Evaporador Se conoce por evaporador al intercambiador de calor que genera la transferencia de energía térmica contenida en el medio ambiente hacia
un gas refrigerante refrigerant e a baja temperatura temperatur a y en proceso de evaporación. Este medio puede ser aire o agua. Estos intercambiadores de calor se encuentran al interior de neveras, refrigeradores refrigerad ores domésticos, cámaras de refrigeración industrial, vitrinas comerciales para alimentos y un sinfín de aplicaciones en procesos para la industria de alimentos, así como en procesos químicos. De igual manera, también se encuentran al interior una diversa gama de equipos de aire acondicionado. Es debido a esto que el evaporador tiene un diseño, tamaño y capacidad particular conforme la aplicación y carga térmica. Válvula de expansión Es un tipo de Dispositivo de expansión (un elemento de las máquinas frigoríficas por compresión) en el cual la expansión es regulable manual o automáticamente. Tipos
Manual; en la que la regulación se realiza mediante un tornillo. En este tipo de válvulas el sobrecalentamiento no depende de la temperatura de evaporación del refrigerante en su estado gaseoso, sino que, es fijo.
Termostática; Termostáti ca; denominada VET o TXV, la cual actúa por medio de un elemento de expansión controlado por un bulbo sensor, el cual regula el flujo del refrigerante líquido a través del orificio de la VET
Termostática Termostáti ca con compensación de presión externa; denominada VETX,es una derivación de la VET para equipos medianos o grandes o que trabajen a altas presiones y variaciones de carga térmica. Además estas deben ser utilizadas en sistemas donde el evaporador tiene varios circuitos, y/o está acoplado a un distribuidor de refrigerante.
Electrónica o electromecánica; trabaja mediante un control electrónico, en el cual sensores de temperatura envían señales a un CI (circuito integrado) y este mediante esos datos mantiene un
sobrecalentamiento dentro de los parámetros permitidos para el funcionamiento del equipo.
Condensador El condensador es un intercambiador de calor y como su nombre lo indica, sirve para disipar al exterior del sistema de refrigeración, el calor absorbido en el evaporador que se genera en el proceso de compresión. El buen funcionamiento del sistema de refrigeración depende del correcto desempeño de sus elementos de refrigeración, que siempre se montan en este orden: compresor, condensador, filtro secador, dispositivo de expansión (tubo capilar o válvula de expansión), evaporador y, cerrando el ciclo, nuevamente el compresor. La
elección
inadecuada
del
condensador
puede
generar
consecuencias negativas para el sistema de refrigeración y compresor. Cuando el condensador es demasiado pequeño, hay una pérdida de la capacidad de refrigeración y el sistema no llega a las temperaturas deseadas, ya que el intercambiador de calor no es capaz de disipar al exterior todo el calor absorbido en el evaporador que se generó durante el proceso de compresión. Como resultado, hay un aumento de la presión en el lado de alta y para que el compresor garantice la compresión, se genera un esfuerzo adicional en el motor (aumento de la corriente), los cojinetes y el eje. Por lo tanto, aumenta el consumo c onsumo de energía y la temperatura en el interior del motor, lo que puede causar la entrada en acción del protector térmico o, en algunos casos, la carbonización y la rotura de la placa válvula debido a la alta temperatura y presión de descarga (lado de alta).
2. Identifique los elementos y accesorios accesorios del sistema sistema adjunto y represente represente los diagramas de instalación y presión entalpia
