TRABAJO DE INVESTIGACINTEMA: REFRIGERACIN INDUSTRIAL

Integrantes:Wilmer de la Cruz AguilarNatanael Infante QuispeFrancisco Prez Ortega

Docente:Ing. Hugo Mosqueira Estraber

Curso:Termodinmica

Cajamarca, 12 de diciembre del 2015.

INTRODUCCIN

Ahora entramos al mundo del fro, es decir de la refrigeracin o las temperaturas bajas. Estos ciclos tienen la particularidad de bajar la temperatura hasta casi llegar al cero absoluto (ya estamos en 0.01 K - ciencia de la criogenia).

Todo esto gracias al fenmeno del estrangulamiento y a los Refrigerantes de seguir manteniendo sus propiedades de lquido y gas, aun a temperaturas muy bajas sin llegar a solidificarse.

Aprenderemos a usar los diagramas P- h de los principales refrigerantes.Tambin conoceremos un poco el funcionamiento de algunas de nuestras mquinas domsticas (refrigerador, congelador) e industriales (frigorfico, camales, etc.); as como otros sistema ingeniosos de refrigeracin, como por ejemplo la refrigeradora a kerosene, por ciclo invertido, bombas de calor, etc.

OBJETIVOS

Objetivo General Brindar conocimientos principales acerca de la refrigeracin industrial, su importancia y aplicaciones fundamentales.

Objetivos Especficos Conocer acerca de las leyes que intervienen en la refrigeracin industrial.

MARCO TERICO

1. CICLOS DE REFRIGERACIN

CLASIFICACIN: Existen en uso varios ciclos comunes de refrigeracin1. Ciclo por compresin de vapor2. Ciclo de refrigeracin por gas3. Ciclo de refrigeracin por absorcin4. Ciclo de refrigeracin por vaco

De los cuatro ciclos el ms importante de todos es el ciclo por compresin de vapor.

CICLOS DE COMPRESIN POR VAPOR1-2: Compresin (aproximadamente politrpica)2-3: Enfriamiento isobrico (serpentn detrs del refrigerador)3-4: Estrangulamiento adiabtico (isoentlpico)4-1: Calentamiento isobrico (cmara, freezer)

Dnde se utilizan los ciclos de refrigeracin? Refrigeradora Bosch Side by Side, conservador de 12 p3, congelador de 11 p3, sistema eurofrost, congelador con 6 compartimientos independientes, fast freezing, coservador con 3 anaqueles regulables. Sistema de Refrigeracin - Laboratorios Refrigeradora General Electric PSS27SHM, puertas de acero inoxidable, controles digitales 27 p3, ecolgico, dispensador de agua y hielo. Refrigeradora Samsung SSR - S20 FTFM, Side by Side, 20 p3, mirror looking, dispensador de agua y hielo, bar incorporado, digital.

Funcionamiento de una refrigeradora domstica

Ciclos NegativosEn los ciclos negativos aprovechamos el suministro de trabajo Wt 12 (motores elctricos en nuestras refrigeradoras) para extraer calor del recipiente de menor temperatura Tb.No olvidemos que cuando estudiamos estos ciclos nosotros estamos dentro de las maquinas, por eso es que nos calentamos con los alimentos que estn a temperatura ambiente. lo que pasa en que estamos a menor temperatura que ellos !...por ejemplo a - 10 C.Tambin tenemos que botar calor a algn recipiente de mayor temperatura Ta, que en la mayor parte de los casos es el medio ambiente.

CICLO CARNOT NEGATIVOEl ciclo negativo sigue la direccin contraria a las agujas del reloj. Como son dos calores, Qextraido y Qdescargado, podemos aprovechar ambos en los sistemas de aire acondicionado, tanto para verano como para invierno.

Ejemplo:Se usa un ciclo de Carnot para mantener un refrigerador a -5C. El calor se desecha a un cuarto a 20C. Si se extren 30kW en forma de calor, determine (a) El COP del ciclo, (b) el trabajo necesario y (c) el calor que se desecha al cuarto.

Solucin:

DIAGRAMAS T -S Y P-H

En los ciclos de refrigeracin se utiliza bastante el diagrama P-h (presin - Entalpa), por ser ms fcil de utilizar. Por ejemplo, en el caso del condensador y del evaporador que son isobricos (presiones constantes) en el T-s son curvas, pero en el P-h sern solo rectas horizontales.En el caso de la vlvula que es isoentalpica (entalpa constante h), en el T-s ser una curva (difcil), mientras que en el P-h se es solo una recta vertical.Por lo tanto usaremos los diagramas P-h en todos los problemas de refrigeracin.

CICLO REFRIGERACIN REALEn los ciclos reales de refrigeracin - eso lo experimentarn cuando lleven sus prcticas o en el laboratorio- nos daremos cuenta que en realidad los sistemas no son isobricos; por lo que tendremos cadas de presin a travs de los tubos de los condensadores como en los evaporadores.Asimismo, en el caso de los compresores, algunos de estos no tienen por qu ser adiabticos, por lo que en algunos casos su entropa puede disminuir. Pero ese calor calentar el ambiente y entonces la entropa del ambiente tiene que subir en mayor proporcin para que SIEMPRE la entropa aumente (Segunda Ley ).En los siguientes diagramas podemos observar algunas modificaciones en los diagramas T-s.

REFRIGERANTESEs la sustancia de trabajo utilizada en los sistemas de refrigeracin. En un sistema de refrigeracin, tanto por compresin de vapor como por absorcin, el enfriamiento se obtiene por la evaporacin de un lquido. Por consiguiente cualquier fluido al que se le puede cambiar de fase, de un lquido aun gas, puede servir como refrigerante. Sin embargo, son muchos los factores que hacen que algunas sustancias sean ms adecuadas que otras, dependiendo de la aplicacin.Ejm Fren, Genetrn, Isotrn, Arctn, etc.

En las prximas pginas tendremos los diagramas P-h de los 3 principales refrigerantes que se usan actualmente, el FREON 12 R-12 que ya est en desuso por atentar contra la Capa de Ozono. Luego el refrigerante R-134a que se llama refrigerante ecolgico (ya no malogra la Capa de Ozono) y finalmente el Amonaco que se usa bastante en refrigeracin industrial.

Diagrama P - h FREON 12

Diagrama P - h del R - 134a Diagrama P - h del Amonaco

NOMENCLATURA EN REFRIGERACINOTRAS DEFINICIONES:Carga de Refrigeracin:Es el calor absorbido por el refrigerante, de la sustancia o el mbito que se quiere refrigerar. Se expresa en toneladas de refrigeracin (TON), en kJ/min o kW.Efecto refrigerante til:Es el efecto de refrigeracin, expresado en unidades de calor por kg. de refrigerante (calor absorbido en el Evaporador, q = h1-h4 ).

Tonelada de refrigeracin (TON)Es una unidad de tipo tradicional y corresponde al efecto refrigerante til que puede producir una tonelada de hielo mientras se funde en un periodo de 24 horas.1TON = 12000 BTU/h = 200 BTU/min =3.52kW.Criogenia: (ciencia del fro)Consiste en la obtencin de temperaturas menores de 100K. Uno de los mtodos ms frecuentes es la licuefaccin de gases; mtodo Linde, mtodo Claude y desmagnetizacin adiabtica de una sal paramagntica.

COMPRESORESQ12 = m (H2 - h1) + Wt 12Rendimiento Isoentrpico del Compresor:n sc = (h2 - h1) / (h2 - h1)Pero hay que tener cuidado, pues no todos los compresores se les puede considerar adiabticos; son solamente politrpicos, por lo que pueden transmitir calor Q12. Sistema de Refrigeracin en el Laboratorio de Energa de la Pontificia Universidad Catlica del Per.Los compresores tipo Reciprocantes, o alternativos o de Pistn son los ms utilizados en refrigeracin.

CONDENSADORESPara que pueda cumplirse el ciclo siempre tiene que haber una fuente caliente y una fuente fra, en los casos de refrigeracin el ambiente sera la fuente fra, pues quita calor al refrigerante que est caliente despus de la compresin.

Cuando el refrigerante es comprimido se vuelve Vapor Sobrecalentado VSC y luego tenemos que volverlo lquido en el condensador (se condensa!); pero para que eso suceda se tiene que quitar calor Q 23 o QH, y de eso se encargan los tubos (serpentn) que estn detrs de las refrigeradoras o en los laterales. El condensador funcionar mejor en poca de invierno cuando el ambiente est ms fro.

VLVULAS Y CONTROLESCmo se controla la refrigeradora? Se usan las vlvulas que cumplen la funcin de crear el fro y tambin regular el flujo de refrigerante

Las vlvulas de expansin termosttica se usan para regular el flujo automticamente. Cuando el evaporador est caliente este abre la vlvula y pasa mayor flujo de refrigerante, por lo tanto Q41 ser mayor y se extraer mayor calor. Este control se usa en las refrigeradoras industriales.En el caso de las refrigeradoras domsticas lo que controlamos es el tiempo en el cual estar prendido o apagado nuestra refrigeradora, esto lo hacemos con el termostato que hace la funcin de un interruptor de corriente elctrica cuando la temperatura en el evaporador este fra. Este control podemos modificarlo nosotros mismos moviendo el regulador que se encuentra dentro de la refrigeradora.Para medir el flujo de refrigerante se usan los flujometros que se instalan en la parte liquida...donde? ...despus del condensador.

EVAPORADORESEsta es la parte principal de la refrigeradora, es el lugar donde guardamos los alimentos que queremos congelar o conservar; aqu los alimentos calientan el refrigerante (que est muy fro con temperaturas negativas). Tiene que ser muy adiabtica para que slo se extraiga calor de los alimentos y no tambin del ambiente.Cada alimento tiene su propio calor (Latente y Sensible) que el evaporador tiene que extraer. Las enciclopedias de refrigeracin tienen los datos de TODOS los alimentos que queramos refrigerar; este sera nuestro dato, al igual que la masa o cantidad de alimentos a refrigerar.

SISTEMAS DOMSTICOSAhora veremos algunos ejemplos principales de algunos artefactos electrodomsticos que usamos diariamente. Encontremos all los principales elementos del ciclo de refrigeracin: Compresor, Condensador, Vlvula y Evaporador.

Sistema tpico que encontramos en la tiendas.

Sistema de Congeladores de dos cmaras.Aqu se muestra una aplicacin del sistema de refrigeracin en los sistemas de aire acondicionado, que lo estudiaremos en el prximo captulo.

SISTEMAS INDUSTRIALESRefrigerador por absorcin de una etapa utilizado para lquidos (100 - 1600 Ton) que usa vapor de agua como fuente de energa trmica y H2O - Li Br como refrigerante.(The Trane Company)

Refrigeradora de lquidos por Compresin de vapor (100 - 300 Ton), compresor rotatorio helicoidal de 2 etapas.(The Trane Company)

Sistema de refrigeracin por vaco; al quitarle presin es posible disminuir la temperatura. En este caso utiliza un chorro de vapor de agua como enfriador.

Sistema de refrigeracin por absorcin que utiliza la energa solar como fuente de energa.

Ciclo de Refrigeracin con ciclo de aire. Funciona con el ciclo Joule - Brayton invertido; estos sistemas se utilizan en el enfriamiento de los aviones. El aire es sacado del compresor del motor principal del avin.

BOMBAS DE CALOR

Es la misma refrigeradora pero lo que se utiliza es el calor que se quita al sistema en el condensador Q 23.COP = QH / WtCOP - COP = 1Podemos usar la misma mquina para refrigerar y dar calor (Calefaccin) con solo invertir una vlvula. SE usa mucho en los pases fros, en el Per no lo necesitamos tanto.

REFRIGERACIN POR ABSORCINREFRIGRERACION POR ABSORCIN (a kerosene)El calor que produce la combustin del kerosene KE (combustible ms barato) tiene la funcin de aumentar la Presin y Temperatura del compresor.El refrigerante es una mezcla de hidrgeno, amoniaco y agua para compensar las presiones parciales.Estas mquinas se usan comnmente en el campo (o donde no haya electricidad para hacer funcionar el motor elctrico que acciona el compresor), se aprovecha el calor de combustin del Kerosene para elevar la presin del refrigerante. Reemplaza al compresor en el sistema tpico de compresin de vapor.Es decir, le damos calor para extraer calor.

xx

Marco Experimental

Conclusiones

Recomendaciones

Bibliografa