Universidad Nacional Autónoma de MéxicoFacultad de Ingeniería

Laboratorio de Termodinámica

Número de práctica: 11

Nombre de la práctica: Ciclo de Refrigeración por Compresión de un Vapor

Integrantes: Grupo de teoría: Romano Romero Ricardo 13 Ortiz Quintanar Rosalía 7 Elorza Macías Luciano Fabián 13 Camargo Carrera Eric Omar 12 Grupo: 2

Brigada: 4

Fecha de entrega: 09/11/15

Semestre: 2016-1

Objetivo: Identificar los componentes de una unidad de refrigeración. Representar el ciclo termodinámico en diagramas P-h y T-s. Obtener las propiedades termodinámicas relevantes en ciertas partes del

ciclo. Determinar las eficiencias de Carnot y real del ciclo.

Introducción:Sistemas basados en el cambio de estado de una sustancia.- En estos sistemas interviene el calor latente del cambio de estado y se puede hacer la siguiente subdivisión:- Por fusión, en que la producción de frío, o lo que es lo mismo, la sustracción de calor a la carga a refrigerar, se utiliza para pasar a una sustancia del estado sólido al de líquido; está muy extendida la fusión del hielo, o de mezclas eutécticas, que al cambiar de estado captan calor del entorno.- Por sublimación, en que el paso se efectúa de sólido a gas mediante la adición de calor, siendo el ejemplo más representativo el anhídrido carbónico, para la producción de nieve carbónica.- Por vaporización, en donde se engloban todos los procesos en los que un líquido pasa a fase de vapor al suministrársele una cierta cantidad de calor, pudiéndose distinguir dos casos:Circuito abierto (vaporización directa), en donde el fluido capta el calor de la carga a enfriar y una vez ha modificado su estado ya no se vuelve a utilizar; este es el caso de algunos transportes que utilizan nitrógeno como medio de producción de frío.Circuito cerrado, en que a diferencia del anterior, el fluido se recupera con vistas a ser utilizado en un proceso cíclico. Como característica general de estos métodos, hay que hacer un aporte de energía al sistema y utilizar fluidos que vaporicen a baja presión

El ciclo de Carnot invertido no es práctico para comparar el ciclo real de refrigeración. Sin embargo es conveniente que se pudieran aproximar los procesos de suministro y disipación de calor a temperatura constante para alcanzar el mayor valor posible del coeficiente de rendimiento. Esto se logra al operar una máquina frigorífica con un ciclo de compresión de vapor. En la Figura se muestra el esquema del equipo para tal ciclo, junto con diagramas T-s y P-h del ciclo ideal. El vapor saturado en el estado 1 se comprime isoentrópicamente a vapor sobrecalentado en el estado 2. El vapor refrigerante entra a un condensador, de donde se extrae calor a presión constante hasta que el fluido se convierte en líquido saturado en el estado 3. Para que el fluido regrese a presión más baja, se expande adiabáticamente en una válvula o un tubo capilar hasta el estado 4. El proceso 3-4 es una estrangulación y h3=h4. En el estado 4, el refrigerante es una mezcla húmeda de baja calidad. Finalmente, pasa por el evaporador a presión constante. De la fuente de baja temperatura entra calor al evaporador, convirtiendo el fluido en vapor saturado y se completa el ciclo.

Observe que todo el proceso 4-1 y una gran parte del proceso 2-3 ocurren a temperatura constante.          

Esquema de la maquinaria y los diagramas Ts y  Ph de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor.

A diferencia de muchos otros ciclos ideales, el ciclo de compresión de vapor que se presentó en la figura, contiene un proceso irreversible que es el proceso de estrangulación. Se supone que todas las demás partes del ciclo son reversibles.La capacidad de los sistemas de refrigeración se expresa con base a las toneladas de refrigeración que proporciona la unidad al operarla en las condiciones de diseño. Una tonelada de refrigeración se define como la rapidez de extracción de calor de la región fría ( o la rapidez de absorción de calor por el fluido que pasa por el evaporador ) de 211 kJ/min o 200 Btu/min. Otra cantidad frecuentemente citada para una máquina frigorífica es el flujo volumétrico de refrigerante a la entrada del compresor, que es el desplazamiento efectivo del compresor.

El coeficiente de rendimiento de un refrigerador se expresa como

         

PROCESO DE COMPRESIÓN REAL

        El proceso de compresión real incluirá efectos friccionantes los cuales incrementan la entropía y la transferencia de calor, lo cual puede aumentar o disminuir la entropía. En un ciclo real puede ocurrir que el refrigerante se sobrecaliente un poco en la entrada del compresor y se subenfría en la salida del condensador. Además el compresor no es isoentrópioco.

Diagrama T-s para un ciclo de refrigeración por compresión de vapor con eficiencia adiabática en el compresor.

Material:Cantidad Descripción 1 Unidad de

refrigeración 2 Termómetro

                                          Metodologia:

Identificar los componentes de la unidad de refrigeración. Llenar las cubetas con agua hasta cubrir la espiral de cobre. Encender la unidad de refrigeración. Cada tres minutos hasta los 15 minutos:

Medir las temperaturas en los puntos medios entre componentes. Medir las presiones de los manómetros.

Medir la temperatura del agua de cada cubeta.Aplicaciones:Las aplicaciones de la refrigeración son entre muchas:

La Climatización: para alcanzar un grado de confort térmico adecuado para la habitabilidad de un edificio.

La Conservación de alimentos: medicamentos u otros productos que se degraden con el calor. Como por ejemplo la producción de hielo o nieve, la mejor conservación de órganos en medicina o el transporte de alimentos perecederos.

Los Procesos industriales: que requieren reducir la temperatura de maquinarias o materiales para su correcto desarrollo. Algunos ejemplos son el mecanizado, la fabricación de plásticos, la producción de energía nuclear.

La Criogénesis: o enfriamiento a muy bajas temperaturas' empleada para licuar algunos gases o para algunas investigaciones científicas.

Conclusiones:

Ortiz Quintanar Rosalía:

Esta práctica todavía no habíamos visto nada en teoría entonces lo que sabíamos era lo que nos explico la profesora y lo que pudimos investigar en el cuestionario previo, y podemos observar en la grafica como cambian las propiedades del refrigerante y como afecta al agua del contenedor; también calculamos el COP(coeficiente de operación) y este depende del refrigerante que se esté utilizando y este en comparación con la eficiencia, la eficiencia va desde 0 a 1 y el COP es mayor.

Camargo Carrera Eric Omar:

Esta última práctica se me hizo muy interesante porque para poder entenderla correctamente, se necesitan los conocimientos previos de prácticas anteriores.La importancia de esta práctica consiste en conocer las partes de un ciclo, este ciclo inicia con dos cubetas que tienen agua a una teórica misma temperatura, utilizamos además el refrigerante R-134a el cual es muy importante ya que de este depende parte de la eficiencia de esta máquina térmica, entonces para el proceso el agua de una de ellas primero pasa por el condensador por lo que aumenta su temperatura y se vierte en la otra cubeta, que a su vez pasa al evaporador , dado esto disminuye la temperatura del agua y se almacena de nueva cuenta en la cubeta, y así sucesivamente se sigue el proceso.