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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE

FACULTAD DE INGENIERA

Departamento de Ingeniera MecnicaSANTIAGO

Estudio Trmico de un Condensador_________________________________________________________________________________________________________EXPERIENCIA N ___C222___Grupo N___L2__Fecha de la Exp______09/06/2015_____ Fecha de Entrega ___16/06/2015___

NOMBRE ASIGNATURA___________Laboratorio General II_________________________CODIGO__15030_________CARRERA____________Ingeniera Civil Mecnica______________________Modalidad (Diurna o Vespertina)____Diurna____

NOMBRE DEL ALUMNO________Ceballos_____________Olivares_______________Juan Pablo_________________Apellido Paterno Apellido Materno Nombre

________________________Firma del alumno

Fecha de Recepcin

Nota de Interrogacin ________________ Nombre del Profesor _________Sr. Manuel Pedraza G.____________

Nota de Participacin ________________

Nota de Informe _____________________________________________________

Nota Final ________________________________________ Firma del Profesor

SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU INFORME LA MATERIA MARCADA CON UNA X

________ Presentacin ________ Clculos, resultados, grficos________ Caractersticas Tcnicas ________Discusin, conclusiones________ Descripcin del Mtodo seguido _______ Apndice

OBSERVACIONES

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERADepartamento de Ingeniera MecnicaIngeniera Civil Mecnica

Estudio Trmico de un

CondensadorExperiencia C222

Alumno: Juan Pablo Ceballos OlivaresProfesor: Sr. Manuel Pedraza G.

Asignatura: Laboratorio General IIGrupo: L2

Entrega: 16-06-2015

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1 Tabla de contenido2 Resumen del contenido............................................................................................................... 2

3 Objetivos del trabajo ................................................................................................................... 2

4 Caractersticas de los equipos e instrumentos utilizados ............................................................ 3

4.1 Instrumentos. ....................................................................................................................... 3

4.2 Equipo .................................................................................................................................. 6

5 Descripcin del mtodo seguido en la experiencia ..................................................................... 7

6 Mediciones realizadas durante la experiencia ............................................................................. 8

6.1 Acondicionamiento de aire ................................................................................................... 8

6.2 Refrigerante R-22 ................................................................................................................ 8

6.3 Mediciones agua .................................................................................................................. 8

7 Presentacin de resultados. ........................................................................................................ 9

7.1 Grficos proceso psicromtrico del aire ............................................................................... 9

7.2 COP y Comportamiento del ciclo de refrigeracin ............................................................. 10

7.3 Eficiencia del condensador ................................................................................................ 12

8 Anlisis de resultados y conclusiones. ...................................................................................... 12

9 Apndice A: Desarrollo de los clculos ..................................................................................... 14

9.1 Psicrometra ....................................................................................................................... 15

9.1.1 Flujo volumtrico de aire ............................................................................................ 15

9.1.2 Obtencin de parmetros de carta psicromtrica ...................................................... 16

9.1.4 Flujo de calor ............................................................................................................. 18

9.2 Coeficiente de operacin COP ........................................................................................... 19

9.3 Eficiencia del condensador ................................................................................................ 20

9.3.1 Coeficiente pelicular interior ....................................................................................... 22

9.3.2 Coeficiente Pelicular Exterior ..................................................................................... 23

9.3.3 Coeficiente Global de Transferencia de Calor (U) ..................................................... 25

9.3.4 Eficiencia del condensador por mtodo NTU ............................................................. 26

10 Bibliografa ................................................................................................................................ 2711 Anexo ........................................................................................................................................ 28

11.1 Tabla A1: propiedades del agua (por presin) ................................................................... 28

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2 Resumen del contenido

En el presente informe se desarrollar la experiencia C222 correspondiente al Estudio Trmico de unCondensador.El informe tiene relacin bsicamente con el estudio del comportamiento de un condensador de coraza

y tubo, el cual opera con un refrigerante R22 y es enfriado por agua. De esta forma se hace variar elflujo msico del sistema, para ir analizando su efecto sobre el proceso de enfriamiento de aire en unequipo de aire acondicionado junto tambin con la eficiencia del condensador, la cual se realizarmediante el mtodo NTU.Para esto en el informe en un comienzo se describen las caractersticas de los equipos e instrumentosutilizados, posteriormente el mtodo seguido durante la experiencia, y finalmente se exponen losresultados con sus respectivas grficas, junto con las discusiones y conclusiones personales.En la parte final del informe se adjunta el desarrollo de los clculos obtenidos, junto con la bibliografay referencias utilizadas.

3 Objetivos del trabajo

3.1 Objetivo general

Estudiar y cuantificar el comportamiento de un condensador de coraza y tubo, el cual opera con R22

y es enfriado por agua.

3.2 Objetivos especficos

Evaluar la eficiencia de un condensador, su incidencia en el ciclo de refrigeracin y su efecto sobre elproceso de enfriamiento de aire en un equipo de aire acondicionado, para 2 condiciones defuncionamiento distintas.

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4 Caractersticas de los equipos e instrumentos utilizados

4.1 Instrumentos.

4.1.1 Sonda de inmersin

Instrumento que se conecta a un termmetro digital para registrar la temperatura de un fluido.

Rango: - 40 a 1090 C.

80PK-22 Sonda de inmersin.

Figura 1. Sonda de inmersin tipo K.

4.1.2 Sonda de superficie

Termopar tipo K para superficies planas o ligeramente curvadas.

Rango de medida: 0 a 260C.

Figura 2. Sonda de superficie tipo K.

4.1.3 Cronmetro

Marca: Casio.

Resolucin: 0.001 s.

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4.1.4 Barmetro

- Marca: E. Schiltknecht, Ing. S.I.A. Zrich.- Unidad de medida: mmHg- Rango de medicin: 595 mmHg825 mmHg-

Resolucin: 1/10 mmHg- Error instrumental: 0.06 mmHg

Figura 3. Barmetro empleado en la experiencia.

4.1.5 Termmetro digitalEste tipo de termmetro se utiliz para medir temperatura en diferentes puntos para lo cual se combina

con sondas de inmersin.

Marca: Fluke

Modelo: 52 serie II

Rango de temperatura:

K: -200C a 1372 C

Resolucin 0,1C, 0,1 K

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Figura 4. Termmetro modelo 52 series II.

4.1.6 Balanza Snowrex

Balanza de masa, plataforma de acero inoxidable, suma de productos pesados, visor de cristal lquido(LCD), dgitos de 2.5 x 1.5 cm con Back-Light, Luz de contraste, (Stan By), operacin con batera

interna 100 horas (Auto recarga) o 220 Volt (Adaptador).

Figura 5. Balanza Snowrex serie Rv.

4.1.7 Higrmetro

Se usaron 2 higrmetros para registrar la humedad relativa en la entrada y salida del equipo de aireacondicionado.

Rango: 0100%

Resolucin: 0.1%

Figura 6. Higrmetro.

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4.1.8 Otros instrumentos

Huincha de medir.

Calormetro de mezcla: usado para masar el agua

4.2

Equipo4.2.1 Equipo de Acondicionamiento de aire

El equipo de acondicionamiento de aire consta de un motor en su zona frontal, conectado a un

ventilador, el cual extrae el aire, hacindolo fluir dentro del equipo. Posee una vlvula isoentlpica

antes del evaporador como todo ciclo refrigerante. El evaporador el cual es utilizado para enfriar el

aire en verano, y tambin tiene la ventaja de inyectar vapor para acondicionamiento de invierno.

Figura 6. Equipo de acond. de aire Laboratorios Depto. De Ingeniera Mecnica Usach.

Marca Westinghouse, modelo SB 010, W con motor de 7 HP, 3/380/50, para R-22 y consta de:

a) Compresor semi-hermtico, modelo CB101A, 4 cilindros, 1460 rpm para 10 tons. Derefrigeracin nominales (para 50F y 105F temperatura de succin y condensacinrespectivamente). Dimetro pistn: 2 1/8, carrera: 1 5/8, carga aceite: 5 pintas = 2,365 lts. 1pinta = 0,473 lts.

b) Condensador, enfriado por agua, modelo KBO12W, tipo tubo y coraza de 33,33 pie2 desuperficie de transferencia de calor. Capacidad de almacenamiento de R-22: 34 lbm. Volumen

agua: 2,1 galn. Largo de tubos 1.55 mt;tubos de cobre tipo Dimetro nominal ;N de tubostotales 40; relacin de paso 1:2.

c) Panel de control que consta, que posee:- Presostato alta: Presin interrupcin 260 psig

Presin reposicin 220 psig- Presostato baja: Presin interrupcin 20 psig

Presin reposicin 21 psig

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Figura 6.

5 Descripcin del mtodo seguido en la experiencia

En la experiencia, luego de la introduccin terica se reconocen los equipos que vamos a utilizar paracada proceso, se visualiza los puntos de medicin y los ciclos de refrigeracin, de aire y de agua queestn involucrados en la experiencia.

Se realizan mediciones de temperaturas para cada uno de los puntos existentes en el ciclo derefrigeracin, el comienzo del ciclo se ha ubicado en la entrada del compresor, por lo tanto el puntoinmediatamente antes al compresor se le denomin punto 1, el punto 2 es que est a la salida delcompresor, el punto 3 se encuentra a la salida del condensador o y el punto 4 se encuentra a la salida

de la vlvula de expansin. Adems de medir las temperaturas se miden las presiones de alta y debaja del ciclo.

Se miden, tambin, las temperaturas de entrada y de salida para el aire que va a intercambiar calorcon el evaporador del ciclo de refrigeracin, as como las humedades relativas existentes. En laentrada del equipo se ubica el punto 1 para el aire, y a la salida del equipo se ubica el punto 2.

Adems del aire que transfiere calor por el evaporador, se encuentra el agua, que transfiere calor conel condensador del ciclo de refrigeracin, por lo tanto se realizan mediciones de temperaturas deentrada y de salida del agua, adems de controlar el flujo de agua que pasa por el condensador,midiendo el tiempo y pesando la cantidad de agua que fluye en el tiempo medido.

Este proceso de mediciones se realiz para dos procesos, primero para un caudal mximo de aguacirculando por el condensador, y luego para un caudal notoriamente menor, con el fin de ver elcomportamiento de todos los procesos al cambiar el flujo de agua.

Una vez terminadas todas las mediciones, se deja prendido el equipo de acondicionamiento de aire,con el fin de que las tuberas se vuelvan a calentar, dado que se encuentran fras por el evaporador.

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6 Mediciones realizadas durante la experiencia

6.1 Acondicionamiento de aire

aire hmedo

medicin TBS1[C] 1 TBS2 [C] 2 Vel Salida [m/s]1 15,8 58 6,6 72,5 10

2 15,3 57,5 8,2 74 10Tabla 1. Valores obtenidos en experiencia para el acondicionamiento del aire

Donde:: Humedad relativa del aire a la entrada del equipo de acondicionamiento.: Humedad relativa del aire a la salida del equipo de acondicionamiento.: Temperatura de bulbo seco del aire a la entrada del equipo de acondicionamiento: Temperatura de bulbo seco del aire a la salida del equipo de acondicionamiento.

6.2 Refrigerante R-22

medicinT1

[C]T2

[C]T3

[C]T4

[C]Palta[PSI]

Pbaja[PSI]

Patm[mmhg]

VelSalida[m/s]

1 -5,9 44,9 33,4 3,4 195 48 722 10

2 -6,2 48,2 35,3 1,7 210 47 722 10

Tabla 2. Valores obtenidos en el ciclo de refrigeracin con refrigerante R22

Palta: Presin alta registrada en el panel de control.

Pbaja: Presin baja registrada en el panel de control.: Temperatura del refrigerante antes de entrar al compresor.: Temperatura del refrigerante a la salida del compresor.: Temperatura del refrigerante a la salida del condensador.: Temperatura del refrigerante a la salida de la vlvula de expansin.

6.3 Mediciones agua

medicin mh2o [kg] teta [seg] t1 [C] t2 [C]t prom H2O

[C]m balde

[kg]mH2O [kg/s]

1 4,444 18,7 10,3 31,7 21 0,318 0,2206417112 4,1 20,8 10,3 36,7 23,5 0,318 0,181826923

Tabla 3. Mediciones referentes al agua para el ciclo de refrigeracinDonde:: Temperatura del agua a la entrada del condensador.: Temperatura del agua a la salida del condensador.Mh2o: masa de agua capturada en el tiempo (Considerando la masa del balde).

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7 Presentacin de resultados.

Es importante sealar que en este punto slo se presentarn los resultados. La informacin detalladase encuentra en el Apndice A.

7.1 Grficos proceso psicromtrico del aire

Las grficas a continuacin, presentan el proceso total que sufre el aire en cada medicin:

Grfico 1. Representacin proceso del aire en Carta Psicromtrica, para medicin 1.

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Grfico 2. Representacin proceso del aire en Carta Psicromtrica, para medicin 2.

7.2 COP y Comportamiento del ciclo de refrigeracin

medicin COP ideal COP real

1 8,005940594 9,83811881

2 7,452715356 9,39559925

Tabla 4. COP para el ciclo real e ideal

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Grfico 3. Grfico P-h para el refrigerante R22 con mximo flujo de agua.

Grfico 4. Grfico P-h para el refrigerante R22 con flujo de agua reducido.

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7.3 Eficiencia del condensador

NTU eficiencia eficiencia %

15,25163757 0,999999762 99,99997622

14,73551491 0,999999601 99,99996015

Tabla 5. NTU y Eficiencia del condensador.

8 Anlisis de resultados y conclusiones.

Un condensador es un tipo de intercambiador de calor, cuyo objetivo fundamental es generar el cambio

de fase en forma isobrica de un fluido en particular. Dicho proceso genera un lquido subenfriado a

partir de un vapor sobrecalentado. En esta experiencia el condensador es parte de un circuito de

refrigeracin, utilizado en una unidad manejadora de aire (UMA). Al interior del condensador participan

dos fluidos en el proceso de intercambio de calor, por una parte se tiene refrigerante R22, y por el otro

agua; ambos fluidos separados por la disposicin geomtrica del intercambiador de calor de tipo tubo

y coraza.

Si se observan los valores de eficiencia obtenidos para ambos casos (ambos superiores al 90%),

eficiencias elevadas para tratarse de IC de tubos y corazas. Dentro de las razones posibles para este

rendimiento superior al esperado se fundamenta en los siguientes aspectos:

En primer lugar, al analizar el coeficiente global de transferencia de Calor, mediante el mtodo de

NTU, cuando se determina la resistencia Total del circuito, se realizan ciertas aproximaciones en las

propiedades del fluido, lo que claramente altera los reales resultados.

Otro factor que explica la gran eficiencia, radica en las condiciones propias del proceso, los gradientes

de temperatura entre los fluidos interactuantes y el medio exterior, no son tan elevados, y el sistemase encuentra en un medio ms estable que no propicia la transferencia de calor en gran medida.

Tambin se debe considerar que las perdidas estn fuera de la cuantificacin, por ende los

rendimientos se elevan ya que se estara considerando que todo el calor cedido por el refrigerante es

absorbido por el flujo de agua.

La segunda observacin referente a las diferencias entre las eficiencias para los distintos flujos de

agua utilizados, radica directamente en lo abordado en el prrafo anterior. En simples palabras, la

eficiencia del condensador disminuye conforme aumenten las prdidas de calor hacia el exterior

(ambiente). Como se mencion dichas prdidas estn asociadas a los gradientes de temperatura entre

el exterior y la coraza. Por otro lado el hecho de disminuir el flujo msico de agua en el condensador

produce un aumento general de la temperatura en todo el ciclo de refrigeracin. Luego,

fundamentndonos en lo anterior, las temperaturas de la coraza del condensador son mayores

comparativamente con su homlogo en caudal de agua mximo, lo que ratificara un aumento en el

gradiente de temperatura entre la coraza y el ambiente y en si con ello el aumento en las prdidas

exteriores, trayndonos como consecuencia una disminucin de la eficiencia.

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Con respecto al ciclo de enfriamiento se tiene que el aire, en el equipo de aire acondicionado sepresenta como un proceso psicromtrico de enfriamiento con deshumectacin, donde no solo sepresenta un enfriamiento sensible del flujo, si no que se alcanza la condicin en que la humedad nose soporta como vapor y condensa. Es as como se obtiene que los estados del proceso se

caractericen por la disminucin de la humedad absoluta el aire, con lo cual las entalpas en los dosestados del proceso, indican la prdida de calor. En este proceso se obtiene que en las dos medicionesrealizadas, tanto para un flujo mximo de agua para el enfriamiento del condensador, como para unflujo menor, que el calor perdido por el aire en el equipo sea mayor para el primer caso.

medicin Q12 [KW]

1 -14,23093063

2 -9,314251707

De las grficas pscrometricas (grficos 1 y 2) se observa que para el caso de flujo mximo, fue posibledisminuir en mayor grado la temperatura del aire tratado. Grficamente se observa una disminucinde las temperaturas indicadas con una flecha inclinada que va desde el punto 1 hacia el 2 en cadagrfico.

En lo que se refiere al comportamiento del ciclo de refrigeracin, se ve una gran diferencia entre elciclo real, con el ideal. Esto se debe principalmente a que las caeras no se encuentran aisladas, ydisipan mucho calor al medio ambiente. En la grfica de presin-entalpa (grficos 3 y 4 punto 7.2) seobserva que la principal diferencia se encuentra en que la expansin no ocurre de forma isoentlpica.Esta condicin de isoentlpica ocurre cuando la disipacin de calor es mnima en la expansin, por lotanto en la experiencia hay una gran prdida calrica por las tuberas, sobre todo en la tubera queconecta el condensador con la vlvula de expansin, dado por la longitud que tiene dicha tubera.

Finalmente, se cumplen los objetivos tanto general como especfico de estudiar y cuantificar elcomportamiento de un condensador que opera con R22 y es enfriado por agua. Y el objetivo de evaluarla eficiencia del condensador, y su incidencia en el ciclo de refrigeracin y el efecto sobre el procesode enfriamiento de aire en un equipo de aire acondicionado con dos condiciones distintas de caudalesde agua.

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Apndic

9 Apndice A: Desarrollo de los clculos

Considerando que a diferencia de otras experiencias, solo fueron dos las medidas realizadas, acontinuacin se presentara el desarrollo inextenso acompaado inmediatamente de los resultadosobtenidos, por lo que no se presentar un apndice con tablas de resultados.

Figura 7. Esquema fsico.

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9.1 Psicrometra

Al aire se le realiz un proceso de enfriamiento con des humectacin, el cual se representa en formaesquemtica de la siguiente forma:

Luego en base a los valores obtenidos experimentalmente (tabla 1 punto 6) y para determinar los

parmetros necesarios, adems graficar en las cartas psicomtricas los procesos que sufre el aire, serealiza el siguiente anlisis de conservacin de masas:

: 1 = 2 : 1 = 2 +

Entonces 1_ 1 = 2_ +

= 12

9.1.1 Flujo volumtrico de aire

Para determinar el flujo volumtrico de aire, se deben considerar los datos en el punto de salida:

Dimensiones del Ducto

Base (cm) 40

altura (cm) 20

Luego, considerando las velocidades determinadas experimentalmente, se puede obtener el flujovolumtrico mediante la frmula:

=

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medicin vel salida [m/s]flujo vol

[m^3/s]

1 10 0,8

2 10 0,8

9.1.2 Obtencin de parmetros de carta psicromtrica

Con la ayuda de los datos experimentales, se puede utilizar la carta psicomtrica para determinar el

estado de cada punto existente en el diagrama.

Para la medicin 1, donde el caudal es mximo grficamente se observa:

Dnde:

1: Representa el punto de entrada del aire.

2: Representa la condicin de salida.

De la grfica anterior se obtiene la siguiente informacin relevante para cada caso:

medicin 1 w [kg H2O/kgA.S]

Pv_H2O [bar] v [m^3/kg] H [Kj/kg A.S]

entrada 0,0065 0,011 0,828 33

salida 0,0042 0,007 0,79 18

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Para la medicin nmero dos, donde se reduce el flujo msico de agua, se tiene:

Dnde:

1: Representa el punto de entrada del aire.

2: Representa la condicin de salida.

De la grfica anterior se obtiene la siguiente informacin relevante para cada caso:

medicin 2w [kg H2O/kg

A.S]Pv_H2O [bar] v [m^3/kg] H [Kj/kg A.S]

entrada 0,006 0,01 0,827 31

salida 0,0049 0,008 0,82 21

Es importante sealar que los valores son aproximaciones basadas en la carta psicomtrica adjunta a

la experiencia de laboratorio.

9.1.3 Flujo msicos

A partir de la informacin obtenida mediante la carta, es posible definir los respectivos flujos msicos

tanto para aire seco, como de condensado para as definir el flujo calrico. Se tiene que:

= 2

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Aplicando la ecuacin para cada caso, se determina:

medicin Vel Salida [m/s] flujo vol [m^3/s] v [m^3/kg] m A.S [kg/s]

1 10 0,8 0,791,01265822

8

2 10 0,8 0,82 0,975609756

Luego, a partir del flujo msico de aire seco y las respectivas humedades especficas es posible

determinar el flujo msico de condensado:

= 1 2medicin m A.S [kg/s] w1 w2 mf [kg H2O/s]

1 1,012658228 0,0065 0,0042 0,002329114

2 0,975609756 0,006 0,0049 0,001073171

9.1.4 Flujo de calor

El flujo de calor estar dado por:

12 = 21 + La entalpia del lquido condensado fue considerada con lquido saturado a la presin atmosfricaobtenida en la experiencia (722 mmHg). Interpolando la tabla termodinmica A1 del anexo, se obtiene

el valor de:

=411,72 Por lo tanto, los flujos de calor sern:

medicin m A.S [kg/s]mf [kgH2O/s]

H1 [Kj/kgA.S]

H2 [Kj/kgA.S]

hf [Kj/kgH2O]

Q12 [KW]

1 1,012658228 0,002329114 33 18 411,72-

14,2309306

2 0,975609756 0,001073171 31 21 411,72-

9,31425171

El signo negativo indica que el flujo calrico fue extrado del aire atmosfrico, lo que se ajusta a la

experiencia ya que se trata de condiciones de enfriar el aire.

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9.2 Coeficiente de operacin COP

Para poder obtener el Coeficiente de operacin, es necesario obtener entalpas para las distintastemperaturas obtenidas para el refrigerante R22 en cada una de las mediciones. Como se tienen laspresiones a las cuales se encuentran se encuentran los estados en donde corresponde a lastemperaturas y mientras que es para las temperaturas y . Con estos datos, y con elprograma computacional CoolPack se obtienen las entalpias necesarias. Las siguientes tablasmuestran los resultados obtenidos:

medicin 1

1 2 3 4 4'

temperatura [C] -5,9 44,9 33,4 3,4

temperatura [K] 267,1 317,9 306,4 276,4

Presin abs

[Mpa]0,42720715 1,44073675 1,44073675 0,42720715 0,42720715

Presin abs [bar] 4,2720715 14,4073675 14,4073675 4,2720715 4,2720715

h [kj/kg] 402,74 422,94 241,02 204,01 241,02

Tabla 6. Entalpias en cada etapa del ciclo, tanto real como ideal obtenidas a travs de programaCoolPack

medicin 2

1 2 3 4 4'

temperatura [C] -6,2 48,2 35,3 1,7

temperatura [K] 266,8 321,2 308,3 274,7Presin abs

[Mpa]0,42031245 1,54415815 1,54415815 0,42031245 0,42031245

Presin abs [bar] 4,2031245 15,4415815 15,4415815 4,2031245 4,2031245

h [kj/kg] 402,68 424,04 243,49 201,99 243,49

Tabla 7. Entalpias en cada etapa del ciclo, tanto real como ideal obtenidas a travs de programaCoolPack.

El de refrigeracin para este caso se expresa por:

= W Con

W: Trabajo neto del compresor.: Calor que absorbe el refrigerante.

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Luego

=

Con esto es posible obtener tanto el (con ) y el (con ).medicin COP ideal COP real

1 8,005940594 9,83811881

2 7,452715356 9,39559925

Tabla 8. COP para el ciclo real e ideal.

9.3 Eficiencia del condensador

Para obtener los valores de las propiedades del Refrigerante R22 como del agua, se calculan losvalores medios de estos, quedndonos:

= + 2

= + 2

medicint prom H2O

[C]Tprom R22

[C]

1 21 39,15

2 23,5 41,75

Tabla 9. Temperaturas medias para el R22 y para el agua.

Por otro lado se deben calcular las presiones absolutas para poder realizar los clculos, la presinatmosfrica medida el da de la experiencia es de 722 mmHg, obteniendo para cada medicin lassiguientes presiones de alta y baja:

= + = 718,6 [] + 195[] = 0,0962 [] + 1,44[]

= 1440,73675 []

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medicin

Palta

[PSI]

Palta[MPa]

Pbaja[PSI

]

Pbaja[MPa]

Pabsalta

[Mpa]

Pabsbaja

[Mpa]

Pabsalta

[KPa]

Pabsbaja[KPa]

1 1951,3444

78

480,3309

484

1,44073

675

0,42720

715

1440,73

675

427,20

7152 210

1,4478994

470,3240

5371,54415

8150,42031

2451544,15

815420,31

245

Tabla 10. Presiones absolutas

Se procede a determinar las propiedades para los valores promedios, en el caso del agua se buscaobtener finalmente el coeficiente pelicular interior, por lo que es necesario determinar los nmeros deReynolds y Prandtl. Es importante sealar que las propiedades del R22 se obtuvieron con el programaCoolPack.

propiedades agua

medicin [kg/m3] Cp [kJ/kgK] k[W/mK] [Ns/m2] Pr beta[K^-1]

1 998,173483 4,184 0,60464 0,00097957 6,7798 0,000218405

2 997,675636 4,18235 0,60897 0,00092468 6,3593 0,000243538

propiedades R22

medicin

vf[m3] vg[m3]f

[kg/m3]g

[kg/m3]hfg[kJ/

K]

Kele[W/mK]

[kg/ms]

[Ns/m2]

Cpl[kJ/kgK]

1 0,00093517

0,017925

1069,32429

55,7880056

162,6345

0,07382

0,00017162

0,18351744

1,41505

20,00094826

0,016698

1054,56087

59,8874117

159,408

0,07242

0,00016794

0,17710506

1,439537

Tabla 11. Propiedades del R-22

Por otra parte para determinar el flujo msico de agua que entra y sale del volumen de control y porcada uno de los tubos tenemos:

= =

= =4,4440,318

18,715 = 0,01470944 /

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De las especificaciones, se obtienen los datos geomtricos del condensador, donde se tiene:

datos del condensador

V int tubos [m^3] 0,00794937

L tubos [m] 1,55

N tubos 30A ext transf [m^2] 2,317931

D int [m] 0,0147535

D ext [m] 0,0158671

A int tubo [m^2] 0,00017095

A ext tubo [m^2] 0,00019774

A int transf [m^2] 2,15525055

Tabla 12. Especificaciones del condensador.

Luego los resultados para ambas mediciones sern:

medicinmH2O[kg/s]

m H2O/tubo [kg/s]

1 0,22064171 0,007354724

2 0,18182692 0,078443631

9.3.1 Coeficiente pelicular interior

Para determinar el parmetro adimensional de Reynolds, es necesario determinar la velocidad del

fluido en el interior de los tubos mediante la siguiente ecuacin:

= =

Con:

Vel:Velocidad media en el interior de tubos.m: Flujo Msico de Agua.A: rea Transversal de cada tubo.N:Nmero de tubos en el condensador.De donde podemos determinar el nmero de Reynolds mediante:

= .

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medicinm H2O/tubo

[kg/s]v [m/s] Re Rgimen

1 0,014709447 0,08620066 1295,913643 laminar

2 0,012121795 0,07107188 1131,333497 laminar

Tabla 13. N Reynolds obtenidos para cada medicin

Considerando que los flujos con completamente turbulentos cuando Re>10000, laminares cuando

Re

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2 = Igualando ambas expresiones, se obtiene la temperatura en la muralla mediante la siguiente relacin:

= +1

Dnde:

T:Temperatura superficial de los tubos.T:Temperatura media del flujo de agua.Q1:Calor absobido por el flujo de aguaArea: Area de Transferencia de Calor del condensador.hi:Coeficiente pelicular interior.Con los datos ya determinados con anterioridad, se obtiene que la temperatura en la pared de los

tubos para el primer caso ser:

= + 1 =295,704516

medicin t prom H2O [K]Q1 agua

[Kw]Q1 agua [W] Tw

1 294 1,317048619 1317,048619 295,704516

2 296,5 1,338416344 1338,416344 298,338326

El coeficiente de transferencia de calor promedio para la condensacin en pelcula sobre las

superficies exteriores de un tubo horizontal se define de la siguiente manera:

=0.729 ( )

( ) /

Adems se tiene, que la expresin que define el calor latente de vaporizacin modificado es:

= +0.68 De tabla 11 (propiedades del R22) y de la tabla 12 se extraen los datos necesarios para determinarlos parmetros anteriores.

medicin Tsat[k] Tpelic [K] h* [kJ/kg] hext [W/m2 K]

1 310,6012292 303,1528725 176,9686241 30,10456685

2 313,3393838 305,8388547 174,0923133 29,52372592

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9.3.3 Coeficiente Global de Transferencia de Calor (U)

El coeficiente global de transferencia de calor es posible obtenerlo determinando la resistencia trmica

total a travs de los tubos, de la siguiente manera:

La resistencia trmica total, la obtenemos a partir de la siguiente ilustracin representativa:

Entonces desarrollando la frmula se tiene que:

=1

1 + Ao ln 2 + 1Donde el K del cobre es de 372,1 [W/m*K]

= 10,000190,00017 1333,3498 + Ao ln0,0158 0,0147 2 372,1 1,55 + 130,104566=20,1113/

medicin A ext tubo [m^2] A int tubo [m^2] K cobre [W/m*K] U [W/m^2K]

1 0,000197736 0,000170954 372,1 20,111363222 0,000197736 0,000170954 372,1 19,76702883

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9.3.4 Eficiencia del condensador por mtodo NTU

La ecuacin con la cual se puede expresar la eficiencia queda definida como:

= 1 Esta frmula est expresada en trminos del NUT (nmero de unidades de transferencia). La ventajade la ecuacin anterior es que se puede utilizar incluso cuando existe cambio de fase en un fluido.El NTU se define como:

=

Donde es el rea total de transferencia de calor y es el coeficiente global de transferencia decalor.

Por lo que los resultados finales sern:

U [W/m2K]Aext Transf

[m^2]msico

R22[kg/s]Cp

R22[kJ/kgK]NTU eficiencia eficiencia %

20,11136322 2,317931 0,144 1,41505 15,25163757 0,999999762 99,99997622

19,76702883 2,317931 0,144 1,439537 14,73551491 0,999999601 99,99996015

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10Bibliografa

Gua de laboratorio, Estudio Trmico de un Condesador.

Apuntes ctedra Transferencia de Calor.

Holman J.P, Transferencia de Calor, 8va Edicin, Ed McGraw-Hill.

Cengel Yunus, Transferencia de Calor y Masa, 4ta Edicin, Ed McGraw-Hill.

Incropera Frank, Fundamentals of Heat and Mass Tranfer, 6 ta Edicin, Ed John Wiley &

Sons.

Programa computacional CoolPack

10.1Referencias

http://www.fluke.com/fluke/cles/instrumentos-de-medida-electricos/termometros-digitales/fluke-50-series-ii.htm?PID=56085

http://www.fluke.com/fluke/cres/Accesorios/Temperatura/80PK-3A.htm?PID=55370

http://www.sipec.cl/site/index.php?option=com_k2&view=item&id=100:balanza-contadora-y-chequeadora-snowrex-serie-nv

http://www.fluke.com/fluke/cles/instrumentos-de-medida-electricos/termometros-digitales/fluke-50-series-ii.htm?PID=56085http://www.fluke.com/fluke/cles/instrumentos-de-medida-electricos/termometros-digitales/fluke-50-series-ii.htm?PID=56085http://www.fluke.com/fluke/cres/Accesorios/Temperatura/80PK-3A.htm?PID=55370http://www.sipec.cl/site/index.php?option=com_k2&view=item&id=100:balanza-contadora-y-chequeadora-snowrex-serie-nvhttp://www.sipec.cl/site/index.php?option=com_k2&view=item&id=100:balanza-contadora-y-chequeadora-snowrex-serie-nvhttp://www.sipec.cl/site/index.php?option=com_k2&view=item&id=100:balanza-contadora-y-chequeadora-snowrex-serie-nvhttp://www.sipec.cl/site/index.php?option=com_k2&view=item&id=100:balanza-contadora-y-chequeadora-snowrex-serie-nvhttp://www.sipec.cl/site/index.php?option=com_k2&view=item&id=100:balanza-contadora-y-chequeadora-snowrex-serie-nvhttp://www.fluke.com/fluke/cres/Accesorios/Temperatura/80PK-3A.htm?PID=55370http://www.fluke.com/fluke/cles/instrumentos-de-medida-electricos/termometros-digitales/fluke-50-series-ii.htm?PID=56085http://www.fluke.com/fluke/cles/instrumentos-de-medida-electricos/termometros-digitales/fluke-50-series-ii.htm?PID=56085

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11Anexo

11.1Tabla A1: propiedades del agua (por presin)