Labo Refrigeracion - Completo

7/23/2019 Labo Refrigeracion - Completo

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

2015-II

LABORATORIO DE INGENIERIAMECANICA III

REFRIGERACION

PROFESOR: ELISEO PAEZ APOLINARIO

INTEGRANTES:

-BORJA CORNELIO, Ala200!20"0J

- FLORES SANC#EZ, R$%&201010!5A

- #UAROTO SEVILLA, J'a201120()D

- *UISPE *UISPE, L'$+201011(!

- RODAS CERVANTES, Ra'l200025)2D


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NDICE

INTRODUCCION..............................................................................................1

OBJETIVOS......................................................................................................2

FUNDA/ENTO TERICO.................................................................................)

1. REFRIGERADOR.....................................................................................)

1.1 COEFICIENTE DE DESE/PEO COP3..................................................)

2. CICLO DE CARNOT INVERTIDO..............................................................4

). CICLO DE REFRIGERACIN POR CO/PRESIN DE VAPOR....................."

4. AGENTES REFRIGERANTES....................................................................!

E*UIPOS E INSTRU/ENTOS..........................................................................101. E*UIPOS..........................................................................................10

2. INSTRU/ENTOS...............................................................................1)

PROCEDI/IENTO:.........................................................................................14

DATOS..........................................................................................................15

CALCULOS RESULTADOS............................................................................1"

CONCLUSIONES............................................................................................22

INTRODUCCION

1


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La industria de la refrigeracin cada vez se extiende ms y encuentra msaplicaciones. Hoy en da la refrigeracin es esencial en la produccin ydistribucin de alimentos y para el funcionamiento eficiente de la industria. Conel aire acondicionado la gente vive ms confortable y saludable y muchosprocesos industriales se realizan de forma ms eficiente.

La bomba de calor no es realmente una idea nueva. Su principio de operacinfue presentado originalmente en !"# por Lord $elvin. %l propuso el uso de uncompresor como un &motor de calentamiento' con el ob(eto de dar calefaccin aedificios) remplazando los e*uipos *ue *uemaban combustible directamente.La idea permaneci como cuestin de inter+s ,nicamente de laboratorio hastahace unos - a/os. La primera bomba de calor residencial propiamente dichafue probablemente instalada en %scocia en 0#1. La mayora de las primerasbombas de calor usaban el agua como fuente de calor y llegaron a ser

conocidas como unidades de agua a aire. 2espu+s los sistemas fueronconstruidos con grandes serpentines enterrados para utilizar la tierra comofuente de calor y se denominaron sistemas de tierra a aire.

3uesto *ue agua) a la temperatura cantidad y costo apropiado no estgeneralmente disponible para uso en aire acondicionado y puesto *ue losserpentines enterrados son demasiado grandes y costosos) se ha recurrido alsiguiente medio ms prctico *ue es el aire) llegando +ste a ser ahora laprincipal fuente de calor. %l desarrollo de estos e*uipos fue paralelo al de lose*uipos enfriados por aire y las actuales bombas de calor son conocidas como

unidades de aire a aire.

OBJETIVOS

2


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Comprobar experimentalmente los principios bsicos del funcionamiento

de un ciclo de refrigeracin.

Conocer el es*uema de todo el e*uipo) sus parmetros e instrumentos

de medicin) utilizados en la experiencia. 4btener y graficar los ciclos reales de refrigeracin para cada flu(o de

refrigerante.

4btener los C43 de los ciclos as como los C43 de la planta para cada

ciclo de refrigeracin.

FUNDAMENTO TERICO

)


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. 5%6578%59245

%s conocido *ue el calor flu(o en la direccin de las temperaturas decrecientes)

esto es) de las zonas de alta temperatura hacia las de ba(a. :al proceso de

transferencia de calor sucede en la naturaleza sin *ue intervenga dispositivoalguno. %l proceso inverso) en cambio) no sucede por s solo. 3ara *ue suceda

el proceso inverso es necesario el uso de un dispositivo al *ue denominaremos

refrigerador.

6ormalmente) los refrigeradores son dispositivos cclicos *ue emplean como

fluidos de traba(o a los llamados refrigerantes.

6ig. %s*uema de un 5efrigerador.

%n la fig. podemos observar *ue el calor ; LC es retirado del espacio

refrigerado) el *ue se encuentra a una temperatura :L< siendo ;H el calor

rechazado al foco caliente a temperatura :H. Siendo = la entrada neta de

traba(o al refrigerador.

1.1 COEFICIENTE DE DESE/PEO COP3%l desempe/o de los refrigeradores) se expresa en t+rminos del C43) el cual

viene definido por>

COP=Efectodeenfriamniento

EntradadeTrabajo

COP=

QL

W

4


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#. C7CL4 2% C95?4: 7?@%5:724

3uesto *ue el ciclo de Carnot es un ciclo reversible) los cuatro procesos *ue

componen el ciclo pueden invertirse. 9l hacerlo) tambi+n lo harn las

direcciones de las interacciones de calor y de traba(o. 5esultando un ciclo *ueopera en sentido contrario a las manecillas del relo( en el diagrama :As) llamado

ciclo de Carnot invertido. Bn refrigerador *ue opera seg,n el ciclo invertido de

Carnot) es definido como refrigerador de Carnot.

6ig. # 2iagrama :As del Ciclo de Carnot invertido.

3rocesos>

A#> %l refrigerante absorbe calor isot+rmicamente a ba(a :emperatura :L.

%vaporadorD

#AE> %l refrigerante se comprime isentrpicamente. CompresorD

EA-> %l refrigerante rechaza calor isot+rmicamente a alta :emperatura :H.

CondensadorD

-A> %l refrigerante se expande isentrpicamente. :urbinaD

5


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6ig. E %s*uema de 5efrigerador Carnot.

%l C43 de un refrigerador de Carnot es>

COP=1

TH

TL1

%l ciclo de Carnot es el ciclo ms eficiente *ue opera entre dos niveles

especficos de temperatura. Sin embargo es un modelo inadecuado para

sistemas de refrigeracin.

"


8/25

1

2T

s

3

4

PA

PB

CONDENSADOR

EVAPORADOR

COMPRESOREXPANSOR

1

23

4

qA

qB

). CICLO DE REFRIGERACIN POR CO/PRESIN DE

VAPOR

3.1CICLO IDEAL

%l ciclo ideal de refrigeracin por compresin de vapor no es) en principio) otra

cosa *ue el ciclo Clausius A 5anFine invertido.

6ig. - 2iagrama :As y %s*uema para el ciclo 7deal de 5efrigeracin por compresin de vapor

%ste ciclo est constituido por los siguientes procesos>

G #> Compresin adiabtica. La sustancia de traba(o sale del evaporador a la

presin del evaporador o presin inferior del ciclo 3bD y es comprimido

en un compresor adiabtico hasta la presin del condensador) esta

presin 39D es tal *ue su temperatura de saturacin es coincidente con la

temperatura del sumidero :9 %n un ciclo de refrigeracin la condicin de

sumidero) o foco de alta temperatura) es desempe/ado por el medio

ambienteD.

# A E> %l fluido en la condicin de vapor sobrecalentado ingresa al condensador

en donde en un proceso isobrico) primero se sobrealimenta y luego se

condensa) saliendo de +l con calidad I ) es decir en la condicin de

l*uido saturado.

E A -> %xpansin adiabtica. %l fluido ingresa al expansor en la condicin de

l*uido saturado a alta presin) se expande en el expansor

adiabticamente hasta alcanzar la presin 3b*ue tiene como temperatura

de saturacin) idealmente) la del medio *ue se desea refrigerar.

(


9/25

T

s

4 1

3 2

qB

CONDENSADOR

EVAPORADOR

COMPRESOR

Wc

qA

qB

V!"#$%

E&'#(c)*(

1

23

4

- A > %vaporacin isobrica. Luego de la expansin adiabtica) el fluido ingresa

al evaporador como una mezcla de ba(a calidad y recibiendo la

transferencia necesaria del medio por refrigerar) se evapora.

2ada la caracterstica de los procesos> dos adiabticos y dos isobricos) unanlisis por primera ley nos dar como resultados>

Jc I A J # I h#A h

*9 I A #* E I h#A hE

Je I EJ - I hE A h-

*K I -J I hA h-

C.4.3. I *K Jn I hA h-D h#AhD A hEA h-DD

1.1.1. CICLO PRACTICO DE REFRIGERACIN POR COMPRESIN DE

VAPOR

%n el ciclo ideal el traba(o entregado por el expansor) es ) dada la diferencia de

vol,menes especficos) relativamente pe*ue/a en comparacin con el traba(o

*ue re*uiere el compresor tanto as *ue el ahorro en el consumo de energa) *ue

representara) no (ustifica la inversin correspondiente al expansor y los

correspondientes sistemas de regulacin y transmisin) por tal motivo en el

&Ciclo 3ractico' se elimina el expansor y se le reemplaza por un proceso de

estrangulamiento *ue) aun*ue significa &3erder' el traba(o correspondiente a la

expansin) representa una menor inversin.

2e acuerdo a lo anteriormente expuesto) el ciclo *uedara tal como se muestra>

6


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6ig. " 2iagrama :As y %s*uema para el ciclo 3rctico de 5efrigeracin por

compresin de vapor

Los procesos correspondientes son>

A #> Compresin adiabtica.

# A E> %nfriamiento y condensacin isobrica.

E A -> %strangulamiento

- A > %vaporacin 7sobrica

?tese *ue el rea - x y representa el efecto refrigerante ,til. Con las variantes

expuestas obtenemos un C.4.3. *ue) ba(o condiciones similares) es menor *ue

el correspondiente al ciclo denominado ideal y *ue est dado por>

COP=QE

W =

h1h

4

h2h1

Diagrama p-h y e !i!" #e re$rigera!i%& p"r !"mpre'i%&

%l diagrama pAh es al ciclo de refrigeracin por compresin lo *ue el diagrama

hAs es al ciclo es al ciclo 5anFine) es decir es el diagrama ms adecuado para

hacer el anlisis cuantitativo del ciclo.

%n este diagrama las ordenadas representan los valores de la presin lnpD y

las abscisas los valores de la entalpa. 2ado *ue el ciclo est constituido por dos

procesos a presin constante) uno a entalpa constante y el otro a entropa

constante idealmenteD) en este diagrama es donde) con ms simplicidad y

claridad se identifican los procesos

4rdinariamente y por simplicidad en los diagramas pAh) a escala) de los

refrigerantes no representan las curvas de temperatura constante en la zona de

l*uido comprimido) esto es por*ue en forma bastante aproximada se puede

considerar) para el l*uido comprimido) *ue la entalpa es funcin de las

temperaturas ,nicamente y por lo tanto considerar coincidentes las isotermas ylas isoentlpicas.

!


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4. AGENTES REFRIGERANTES

Kixido de carbono> Los aparatos frigorficos se complican si usamos esterefrigerante) ya *ue la presin de vapor saturado es alta

9moniaco ?HED> Kuen refrigerante) a la temperatura de saturacin de E-MC

su presin es de 0N F3a) de lo *ue no re*uiere la utilizacin del vaci)

simplificando la construccin de la instalacin. Su desventa(a radica en su

alta toxicidad y su actividad corrosiva acentuada en metales no ferrosos. ?o

,til en refrigeradoras dom+sticas.

4tros> Cloruro de Oetilo CHEClD) %tano C#H-D) 9nhdrido sulfuros S4#D no

utilizado por su exagerada toxicidad.

Los halocarbonados o fluocarbonados< propiedades>

A %stabilidad *umica

A 9usencia de interaccin con los materiales de construccin a : P#MCD

:emperatura de ebullicin a la presin atmosf+rica>

5 G - C6-D : I #!MC

5 G E CC6ED : I A!#MC5 G ## CHCl6#D : I -.!MC

5 G # CCl6ED : I #0.!MC

5 G "# CHCl6#Q CCl6#C6ED : I A -"MC

%l ms utilizado) es el 5A# en refrigeradoras domesticas< su calor de

vaporizacin es menor *ue la del amoniaco y de propiedades termodinmicasseme(antes a los mencionados.

10


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E+UIPOS E INSTRUMENTOS

1. E*UIPOS%n esta experiencia se utilizan los siguientes e*uipos

%l e*uipo utilizado en la experiencia es el :%CH?4@9:%) O42.1!N

Fig(ra ) :%CH?4@9:%) O42.1!N%l cual consta principalmente de>

Compresor

Fig(ra * Compresor

11


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Condensador

Fig(ra + Condensador

%vaporizador

Fig(ra , %vaporizador

:ubo capilar

12


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Fig(ra 1 :ubo Capilar :ubo capilar

Fig(ra 11 @lvula de expansin

1)


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2. INSTRU/ENTOS

Se utilizaron los siguientes instrumentos>

9nemmetro

Fig(ra 19nemmetro

# :ermmetros

Fig(ra 13:ermmetro.

14


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PROCEDIMIENTO,

Suministrar con energa el+ctrica al sistema. R encender los ventiladores

9brir las vlvulas para el suministro del agua y regularlas para *ue

durante el proceso se cuente con esta en todo momento.

:omar medidas del volta(e) ampera(e y potencia en vaco.

5egular el rotmetro para un flu(o del refrigerante 5A# de . $gmin.

%sperar " minutos para *ue el sistema se estabilice.

:erminado este lapso de tiempo) medir las presiones y temperaturas de

cada punto se/alado) para la obtencin del ciclo de refrigeracin.

5epetir las medidas para distintas velocidades de ventiladores tanto de

evaporador como de condensador) en media y alta.

:omar medidas para cada punto y cambiar el paso del refrigerante de la

vlvula de expansin al tubo capilar

5epetir las medidas para distintas velocidades de ventiladores tanto de

evaporador como de condensador) en media y alta.

:erminadas las mediciones) cortar el flu(o de agua y el suministro de

energa el+ctrica.

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DATOS

C4?27C74?%S 9OK7%?:9L%S

Patm=754,75mmHg

TBS=68 F

TBH=67

1"

3psiD

:McD

3#psiD

:#McD

3EpsiD

:EMcD

3-psiD

:-McD

7$gminD

3ot JattD :condMcD

:evapMcD

7 9D @ vD @cond. msD @evap. msD

@L@BL92%

%39?S7T?

K3

"# N".1

" -.N

E# A.- #0 #.N

.- 1E E#. 1 !."

"

.! .1

O3

- N".0

E! E1."

E AE.- #N #N.

.- 1# EE. # 0.

"

.E .!

93

# N.

! E.N

#! A".- #- A". .- N1 #N." ## 0.

"

-. -.E

:BK4C937L95

K3

N "1.N

"! -.!

- #.# EN #.N

10 E0. ! 0."

"

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O

3

-N NE.

N

-" -.

E0 .- E" ##.

-

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1

"

.- .E

93

## N.

## E#.

E" AE E #".

1# #-." #." 0.#

"

-.! -.!


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CALCULOS - RESULTADOS

645OBL9S 9 B:7L7U95

C/!(" #e !a"re'0 ra2a"' y p"e&!ia'.

2efinimos>

JrI *bI %fecto refrigerante ,til $V $g.D34

hhwr

=

*aI Calor transferido $V $g.D21

hhqa =

Jc I :raba(o de compresin $V $g.D41

hhwc =

3c I 3otencia de compresincr

w*mPc

=

2onde>

rmes el flu(o de refrigerante

C43cicloI Coeficiente de performance del ciclo

c

r

CICLOw

wCOP =

C43o I C43 planta I Coeficiente de performance de la planta o del

sistema

Peje

w*mCOPo

rr

=

3e(e en =atts.

WmI %ficiencia mecnica

1(


19/25

ciclo

plan ta

mCOP

COP=

C4ADRO DE ENTALPIAS

9 C4?:7?B9C7T?35%S%?:9O4SB?CB9254C4?L9S%?:9L379SC9LCBL929SC4?L9:9KL92%35437%292%S:%5O427?O7C9S.

7. %?:9L379S 3959 L4S %S:924S :%5O427?9O7C4S BS9?24 B?9@9L@BL9 2% %39?S7T?.

aD @entiladores a ba(a potencia>

POSICION

P5Mpa6 T57C6 h 589:8g6

1 .-!N#N#1

N".1 ##.11#1

.-1E# -.N !.0EENE1N

3 .-1E"E

-.N !.0EENE1N

; .E"1#NN #.N #."E1N

bD @entiladores a media potencia>

POSICION

P5Mpa6 T57C6 h 589:8g6

1 .N"!!0EE

N".0 ##-.N1#E1

."# E1." 1!.E1N11E0

3 .E1-N1- AE.- 1!.E1N11E0; .#10!!!-

##N. #-.!E00-#!

#

cD @entiladores a alta potencia>

16


20/25

POSICION

P5Mpa6 T57C6 h 589:8g6

1 .0#100---

N #0.1#EN

.0-#" E.N 1#.""!E!-

3 .0-#-0"

E.N 1#.""!E!-

; .#NN0!0E

A". !".E1"

77. %?:9L379S 3959 L4S %S:924S :%5O427?9O7C4S BS9?24 B?:BK4 C937L95.

aD @entiladores a ba(a potencia>

POSICION P5Mpa6 T57C6 h 589:8g6

1 .#E1!-#E

"1.N #E.""1

.!000" -.! !E.!#E

3 .!000-1-

-.! !E.!#E

; .E-!!E"!1

#.N #.!-E0#-

dD @entiladores a media potencia>

POSICION

P5Mpa6 T57C6 h 589:8g6

1 .1#"1! NE.N #0.E"E"

.ENE -. !.EE#!-N!

3 .ENE -. !.EE#!-N!

; .E-0-

E

##.- #.-!"#N#E

"

eD @entiladores a alta potencia>

POSICIO P5Mpa6 T57C6 h 589:8g6

1!


21/25

N

1 .0-1!E0E

N. #!.!N#

.0-1!- E#. 1E.1-"N!0N1

3 .0-1!E0E

E#. 1E.1-"N!0N1

; .E-EN#"

#". #E.11NE"E

777. Bna vez calculado las entalpias pasamos a calcular Jr) *a) Jc) 3c)C43ciclo) C43planta R Wm< Con las formulas anteriormente mencionadas.

3rimero calculamos la potencia del compresor mediante la siguienteformula>

3compresor I 3electrica totalA 3electrica de ventiladores

Sabemos la potencia de los ventiladores por descripcin del e*uipo>

3vent ba(a potencia I Jatts

3vent media potencia I E Jatts

3vent alta potencia I Jatts

Luego hicimos el siguiente cuadro de potencia el+ctrica del compresor>

Pee!ri!a "a5


22/25

expansin

3otencia9lta 3otencia 0"N !-N

:ubocapilar

Ka(a3otencia

00! !0!

Oedia

3otencia

0 E !!0

9lta 3otencia 0NN !"N

21


23/25

3osteriormente se elabor un cuadro con todos los parmetros calculados>

a 589:8g6

m58g:'6 P!5


24/25

67?9LO%?:% S% H7U4 B? CB9254 C4O3959:7@4 %?:5% B? S7S:%O9 2%5%6578%59C7T?C4?:BK4C937L95R4:54C4?@L@BL92%%39?S7T?.

Par/mer" VENTILADORES A BA9A POTENCIA@lvula deexpansin

:ubo capilar

COP!i!" N.# 0.N#

COPpa&a E." #.1

?m 5@6 "N.-# ##."0

P!5


25/25

Se concluye *ue el proceso tanto en el evaporador como en el

condensador ocurre a presin constante) con una cada de presinmnima.

%l C43 de refrigeracin es mayor cuando se emplea un tubo capilar)

razn por la cual el traba(o hecho por el refrigerante es mayor o absorbemayor calor del ambiente.

:ericamente el proceso tanto en la vlvula de expansin como en el

tubo capilar es a entalpa constante) pero podemos concluir *ue no esas) resultando menor la diferencia de entalpas con el uso de vlvula de

expansin.

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