DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS

LAB. DE PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA

Y ELECTROMAGNETISMO

GRUPO 05ING. JORGE INSUNZA HERNÁNDEZ

PRÁCTICA 8 CALIFICACIÓN:______

BRIGADA 1

31-MARZO-2014

BRAULIO ROJAS, YEHIDIFLORES DÍAZ, JULIO CESARGÓMEZ LEÓN, ANTONIORODRIGUEZ DÍAZ, RICARDO

Objetivos a) Identificar las partes básicas que componen el ciclo básico de refrigeración

por compresión de vapor. b) Identificar y cuantificar los flujos energéticos en el ciclo mencionado en el

punto anterior. c) Determinar el coeficiente de operación de un refrigerador. d) Conocer, a partir del análisis de un ciclo de refrigeración, algunas limitantes que establece la segunda ley de la termodinámica.

Hipótesis.

Esperamos identificar las partes básicas del ciclo de refrigeración por compresión de un vapor, cuantificar los flujos energéticos en el ciclo, determinar el coeficiente de operación, conocer el gas utilizado en un ciclo por compresión de un vapor.

Actividad 1 En el siguiente diagrama, identifique las partes básicas que componen un ciclo de refrigeración por compresión de vapor. Señale también los flujos energéticos asociados.

Actividad 2 Dibuje una representación física de la bomba de calor PT que se le proporcionó, indicando las partes básicas del ciclo de acuerdo con la actividad anterior. Identifique la sustancia activa (refrigerante) que emplea el equipo.

Sustancia activa: R134a

Actividad 3 En la siguiente figura, que representa una gráfica de la presión (P) en función del volumen específico (v) para una sustancia, dibuje cómo se representarían los procesos asociados al ciclo de la actividad anterior. No olvide indicar los cuatro estados que se muestran en la figura de la actividad 1.

Actividad 4 Establezca las características estáticas de los medidores instalados en el dispositivo. Observe con detenimiento las dos escalas que presenta el instrumento y no olvide anotar las unidades correspondientes.

Medidor de carátula de la izquierda

Rango -60ºC a 76ºC -1 a 24 [bar]Resolución 2ºC 0.5[bar]Legibilidad buena buena

Medidor de carátula de la derecha

Rango -60ºC a 40ºC -1 a 9 [bar]Resolución 2ºC 0.2[bar]Legibilidad Buena Buena

Actividad 5 En cada recipiente del equipo proporcionado coloque 4 litros de agua. Mida la temperatura de cada cantidad de agua. Ésta será la temperatura inicial.

i) En el evaporador: Tinicial = 23.9 [°C] = 297.05[K]

ii) En el condensador: Tinicial =23.9 [°C] = 297.05 [K]

Actividad 6 Ponga a funcionar el dispositivo durante 10 minutos. Mida las temperaturas finales del agua en los recipientes, no olvide homogeneizar el agua con el agitador antes de tomar las lecturas. Por otra parte, mida las presiones (alta y baja) del refrigerante, así como las temperaturas de saturación correspondientes, con ayuda de los medidores instalados en el dispositivo. Con base en los resultados obtenidos, cuantifique los flujos energéticos asociados al evaporador y al condensador. Considere que para el agua en su fase líquida cp. = 4 186 [J/ (kg ΔK)].⋅

- Para el agua: i) En el evaporador: Tfinal = 10 [°C] = 283.15 [K]

ii) En el condensador: Tfinal = 45.5 [°C] = 321.65 [K]

- Para el refrigerante: i) Pbaja = 2.4 [bar] = 2.4x105 [Pa]; Tsat = 4 [°C]

ii) Palta = 16 [bar] = 16x105 [Pa]; Tsat = 52 [°C]

{Q} evaporador = 58185.4 [J]

{Q} condensador = -1346129.85 [J]

Actividad 7 De acuerdo con la primera ley de la termodinámica para un ciclo, determine el trabajo y la potencia en el compresor.

{W} compresor = 1287944.45 [J]

{W} compresor = 2146.57 [watts]

Actividad 8 Determine el coeficiente de operación del dispositivo. No olvide anotar sus unidades.

Coeficiente de operación = β = 4.517%

Cuestionario 1. Investigue las propiedades físicas y químicas principales de la sustancia

de trabajo (refrigerante) del dispositivo. Propiedades Unidades R-134A

Fórmula química - CF3CH2FMasa molecular g / mol 102,0Temperatura de ebullición (a 1,013 bar)

ºC -26,4

Densidad del líquido (a 25ºC)

kg/dm3 1,206

Densidad del vapor saturado (a 1,013 bar)

kg/m3 5,28

Temperatura crítica ºC 101Presión crítica Bar 40,7Densidad crítica kg/m3 0,512 Calor latente de vaporización (a 1,013 bar)

kJ/kg 215,9

Calor específico a 25ºC • Líquido• Vapor (a 1,013 bar)

kJ/kg.KkJ/kg.K

1,460,858

Límite de inflamabilidad a 25ºC

% vol Ninguno

ODP - 0

2. ¿En qué condición física la presión del sistema determina el valor de la temperatura? El refrigerante determina el valor de su temperatura en las condiciones físicas del proceso 3-4 (proceso de expansión) con fase líquida en el medidor de caratula de presión y temperatura alta (roja); y mezcla líquido-gas en el medidor de caratula de presión y temperatura baja (azul).

3. ¿Por qué razón en el dispositivo, las escalas de presión y temperatura de los medidores no se presentan en forma independiente?

Ya que en éste caso el refrigerante se comporta de tal manera que su temperatura es proporcional a su presión, por lo que el aumento o disminución de una de éstas propiedades es proporcional al aumento o disminución de la otra.El tetrafluoroetano tienen ciertas propiedades físicas y químicas que lo condicionan a mantener una proporcionalidad entre su temperatura y presión que ayudan a marcar una escala cuantitativa en sus medidores de caratula.

4. Elabore una gráfica como la de la actividad 3, indicando el mayor número de propiedades que determinó en esta práctica para los cuatro estados principales del ciclo de refrigeración.

5. Identifique los depósitos térmicos asociados al ciclo en el dispositivo empleado.

El compresor y el evaporador

6. Haga un esquema de un refrigerador doméstico identificando los depósitos térmicos del punto anterior.

7. Con base en las actividades realizadas en la práctica, ¿cómo podría verificarse el postulado de Clausius?

El postulado de clausius dice lo siguiente: Es imposible la trasmisión de calor de un cuerpo de menos temperatura a otro de más temperatura in realizar otro efecto. Pero lo que nosotros hicimos fue que de un cuerpo con mayor temperatura transmitimos calor a uno de menor temperatura. Por lo tanto se podría decir que el postulado de clausius se comprobaría.

CONCLUSION.

El estudio del ciclo de refrigeración es una buena práctica que facilita la comprensión de la 2° ley de la termodinámica. De igual manera nos ayuda a entender la funcionalidad de los procesos en ciclo, su aprovechamiento; y la demostración de los teoremas de Kelvin-Planck y Clausius para las máquinas térmicas y el ciclo de refrigeración por compresión de un vapor.