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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE FACULTAD DEINGENIERA
Departamento de Ingeniera Mecnica SANTIAGO
TITULO DE LA EXPERIENCIARefrigeracin
EXPERIENCIA N 4 _Grupo N Fecha de la Experiencia Fecha de
Entrega 13/12/1014 NOMBRE ASIGNATURA Termodinmica CODIGO
CARRERA_ Ingeniera Ejecucin en Climatizacin Modalidad (Diur na o
Vesper tina) Diurno
NOMBRE DEL ALUMNO_ Saavedra Ferreira Fabiana Naryara Apellido
Paterno Apellido Materno Nombr e
Firma del alumno Fecha de Recepcin
Nota de Interr ogacin
Nota de Participacin Nota de Informe
Nota Final
Nombre del Profesor
Firma delProfesor SE RECOMIENDA AL ESTUDIANTE MEJORAR EN SU
INFORME LA MATERIA MA
Presentacin Caractersticas Tcnicas Descripcin del Mtodo
seguido
OBSERVACIONES
Clculos, resultados, gr ficos Discusin, conclusiones Apndice
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Ingeniera de Ejecucin en ClimatizacinDepartamento de Ingeniera
Mecnica
Universidad de Santiago de ChileSantiago Chile
[email protected]
Santiago, 13 de Diciembre de 2014
Distinguido Seor: Rodrigo Pizarro
Referente al Laboratorio E95 Refrigeracin
El laboratorio cuenta con un montaje de un sistema de
Refrigeracin por compresin de vapor.Una vez identificada sus partes
y comportamiento termodinmico, se miden temperaturas y presiones a
la entrada del compresor y salida del condensador. Una vez
realizadas las mediciony con la ayuda de el diagrama Presin-Entalpa
para el refrigerante R-12 se comparan los valore para un ciclo real
de refrigeracin y un ciclo ideal de refrigeracin.
Para realizar los clculos necesarios se utiliza el software EES
donde al ingresar los datosobtenidos experimentalmente, entrega los
datos necesarios para hacer el estudio de ambos ciclo
Se calcul el coeficiente de desempeo, trabajo generado y calor
que absorbe el evaporador,llegando a comprobar que un ciclo ideal
es ms eficiente que un ciclo real ya que hay menores prdidas.
Sin ms, respetuosamente,
Fabiana Saavedra Ferreira Ing. de Ejecucin en Climatizacin
(estud.)
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1:Ciclo de refrigeracin..
..................................................................................6Figura
2: Montaje del aparato experimental.
................................................................................7Figura
3: Refrigerantes.
.................................................................................................................
Figura 4:
Compresor......................................................................................................................9Figura
5:Condensador......................................................9Figura
A.1:Termmetro digital de
contacto............................................................................13FiguraA.2:
Circuito de
refrigeracin................................................................................14Figura
A.3:
Manmetro................................................................................................................1Figura
6:Programacin software
EES.................................................16Figura
7:Resultados obtenidos mediante software EES.17
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LISTA DE TABLAS
Tabla 1: Datos compresor y flujo
msico..........................................................10Tabla
2: Datos experimentales paraentrada del
compresor...............................11Tabla 3: Datos
experimentales para salida del condensador.11 Tabla 4: Resultados
ciclo de refrigeracin ideal.....11Tabla 5: Resultados ciclo de
refrigeracin
real..............................................................................
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NDICE
1.
INTRODUCCIN......................................................................................................................6
1.1CICLO DE
REFRIGERACIN............................................................................................
1.2
REFRIGERANTE...............................................................................................................7
1.3
OBJETIVOS.........................................................................................................................
2.
EXPERIMENTOS.....................................................................................................................8
2.1 APARATO EXPERIMENTAL
............................................................................................
2.1.1 Adquisicin de
datos....................................................................................................9
2.2 PROCEDIMIENTO
EXPERIMENTAL..............................................................................
3.
RESULTADOS.........................................................................................................................10
3.1 CLCULOS
REALIZADOS...................................................................................11
3.2 RESULTADOS OBTENIDOS....
...............................................................12
3.2.1 CICLO IDEAL DE
RFRIGERACION.......................................................................1
3.1 CICLO REAL DE
RFRIGERACION............................................................................1
4.
CONCLUSIONES....................................................................................................................13
APNDICE A
...............................................................................................................................APNDICE
B................................................................................................................................
B.1 CALCULOS
REALIZADOS..............................................................................................
B.2 UTILIZACIN DE
SOFTWARE.......................................................................................
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REFRIGERACIN
En este informe se expone la experiencia de sistema de
refrigeracin, en el cual se estudia ude refrigeracin por compresin
de vapor, se identifican y describen cada uno de los
componensistema de refrigeracin domstico. A su vez se identifica la
diferencia entre un ciclo ideal (estndar
real, se representa cada uno de estos ciclos en un diagrama
presin versus entalpa.
1. INTRODUCCIN La refrigeracin se emplea para extraer calor de
un recinto, disipndolo en el ambiente. Se di
refrigeracin cuando la temperatura deseada es menor de la del
ambiente.La transferencia de calor de un medio de baja temperatura
a uno de alta temperatura, re
dispositivos especiales llamados refrigeradores. Estos son
dispositivos cclicos cuyo fluido de denomina refrigerante. Es de
gran importancia en la industria alimentaria, para la licuacin de
gasecondensacin de vapores.
1.1CICLO RE REFRIGERACIN
El ciclo de refrigeracin por compresin de vapor consume energa
mecnica en un compcomprime al fluido de trabajo evaporado que viene
del evaporador de modo que el calor que tomrefrigerante en el vapor
pueda ser disipado a un nivel trmico superior en el condensador.
Luego dfluido pasa a un expansor que es una simple vlvula (orificio
capilar) de modo que el fluido conden presin que sale relativamente
fro del condensador al expandirse se vaporice, con lo que
considerablemente ya que para ello requiere una gran cantidad de
calor (dado por su calor
vaporizacin) que toma del recinto que est refrigerando.
Figura 1: Ciclo de Refrigeracin.
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1.2REFRIGERANTE
De manera general, un refrigerante es cualquier cuerpo o
substancia que acte como aenfriamiento, absorbiendo calor de otro
cuerpo o substancia. Desde el punto de vista de la refrigeraci por
evaporacin de un lquido y compresin de vapor, se puede definir al
refrigerante como el m
transportar calor desde donde lo absorbe por ebullicin, a baja
temperatura y presin, hasta donde locondensarse a alta temperatura
y presin. Los refrigerantes son fluidos vitales en cualquier
sistema de rmecnica. Cualquier substancia que cambie de lquido a
vapor y viceversa, puede funcionar como refdependiendo del rango de
presiones y temperaturas a que haga estos cambios, va a tener una
aplicomercial.
Figura 2: Refrigerantes
1.3OBJETIVOS El objetivo general de la experiencia es capacitar
al alumno para que reconozca, identifique y
principios asociados a un ciclo de refrigeracin por compresin de
vapor, as como los aspectos prcsistema de refrigeracin
domstico.
Para concretizar los objetivos anteriormente definidos, las
siguientes metas debieron ser cumptranscurso de la experiencia:
1. Ser capaz de identificar y correlacionar los diferentes
componentes del sistema de refrigeraci principios termodinmicos del
ciclo
2. Representar en el diagrama T-s y p-h el ciclo de refrigeracin
ideal y real del funcionamiento.3. Evaluar la eficiencia de
refrigeracin a travs de la determinacin del COP real y el COP
de
performance de Carnot. Asimismo por la aplicacin de la primera y
segunda ley de la termodi poder obtener los flujos entrpicos del
ciclo de refrigeracin.
4. Por ltimo, identificar los principales causales de error
asociados al ciclo de refrigformular alternativas para
contrarrestarlos.
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2. EXPERIMENTOS
El ciclo de absorcin no es un descubrimiento reciente. Sus
antecedentes pueden situarsecuando el escocs William Cullen
consigui obtener una pequea cantidad de hielo en una camp
mantena una presin reducida. Poco despus en 1777, otro escocs,
Gerard Nairne, introduca ciden la campana de Cullen, de manera que
el vapor fuera absorbido por este, dejando espacio para pmayor
evaporacin del agua. Finalmente el francs Ferdinand Carr, es quin
construye y come primera mquina de absorcin, destinada
principalmente a la fabricacin de hielo, utilizando
amonrefrigerante y agua como absorbente.
A seguir, se describe en detalle el aparato experimental
utilizado en la presente expelaboratorio.
2.1APARATO EXPERIMENTAL
Un ciclo de refrigeracin por compresin de vapor es el ciclo
donde el refrigerante se evacondensa alternadamente para luego
comprimirse en la fase de vapor.
El experimento consiste en forzar mecnicamente la circulacin de
un fluido en un circuicreando zonas de alta y baja presin con el
propsito de que el fluido absorba calor en un lugar y lo otro. Se
logra evaporando un gas refrigerante en estado lquido a travs de un
dispositivo de expande un intercambiador de calor, denominado
evaporador.
Los elementos principales del experimento son el Evaporador, el
Compresor, el CondensVlvula d expansin.
Figura 3: Montaje Experimental.
La Figura 1 muestra el montaje experimental utilizado durante la
experiencia con los pelementos del sistema y los instrumentos
utilizados presentados posteriormente en el Apndice A
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2.1.1 Adquisicin de datos (instrumentos)
Para la determinacin de las condiciones de funcionamiento del
ciclo re refrigeracin,condicin de alta temperatura y presin y la
condicin de baja temperatura y presin, se mtemperaturas y presiones
a la entrada del compresor y a la salida del condensador.
Fig4: Compresor
Compresor marca ELECTROLUX COMPRESSORS, modelo L55AU. En este
componente erefrigerante es succionado por el compresor con ttulo 1
como vapor saturado seco a baja temperatura, ya que es al interior
del compresor donde la temperatura y presin aumentan. El refrigdel
compresor como vapor sobrecalentado y luego pasa al condensador. Es
ah donde se mcondiciones de baja T y presin.
Fig5: Condensador
En este componente es donde pasa el refrigerante despus del
compresor, el fluido entra cosobrecalentado y sale como liquido
saturado a alta presin y temperatura, ac es donde sale calor
del.
Mayores detalles con relacin a los diferentes equipos utilizados
durante el presente tra presentados en el Apndice A.
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2.2PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Despus de analizar cada uno de los componentes del sistema se
procede a realizar los s pasos:
(a) Interpretar el diagrama de presin-entalpa, los estados del
refrigerante y las con
termodinmicas del ciclo(b) Familiarizarse con los distintos
instrumentos de medicin que sern utilizados en e
experimental.
(c) Medicin de temperatura y presin a la entrada del compresor y
a la salida del condensador.
(d) Medicin de presin atmosfrica con un barmetro de
Torricelli.
(e) Registro de informacin del Compresor (dimetro pistn, RPM y
largo de pistn)
(f) Por ltimo, desligar todos los instrumentos utilizados y
desmontar los diferentes circuitos del aparato experimental.
3. RESULTADOS
3.1CALCULOS REALIZADOS
A partir de las especificaciones y datos del compresor es
posible obtener el flujo msico del sistema cvolumtrico ideal y el
especfico a la entrada y salida del compresor
Donde: = largo del piston desde el punto juerto superior hasta
el punto muerto inferior en metros. = rea del piston en metros
cuadrados.
= Rotaciones o revoluciones que hace el pistn en RPM
(revoluciones por minuto). = numero de pistones. = volumen
especfico del fluido de trabajo en la entrada y salida del
compresor .
Tabla 1 Datos compresor y flujo msicoRPM Pistn [mm] Largo L [mm]
n de pistones rea [kg/s
2900 30 20 1 0,1246 0.329
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En la Tabla 2 se muestran los datos experimentales de las 3
mediciones realizadTemperaturas y presiones a la entrada del
compresor y a la salida del condensador (ver Figura 2).
Tabla 2: Datos experimentales para entrada del
compresor.Medicin
Medicin Temperatura (C) Baja Presin (PSI) Presin
Atmosfrica(mmHg)
PresinAbsoluta
(Kpa)
PresinAbsoluta
(Bar)1 23.4 5 720.9 130.6 1.3062 23.3 5 721 130.6 1.3063 23.2 5
720.9 130.6 1.306
Promedio: 23.3 5 720.93
Tabla 3: Datos experimentales para salida del condensadorMedicin
Temperatura (C) Alta Presin (PSI) Presin Atmosfrica
(mmHg)Presin
Absoluta
(Kpa)
PresinAbsoluta
(Bar)1 44.1 140 720.9 1061 10.612 44.1 141 721 1061 10.613 44.1
140 720.9 1061 10.61
Promedio: 44.1 140.3 720.93
*Importante mencionar que las mediciones realizadas a la entrada
del compresor, corresponden a lcondicin de baja temperatura y baja
presin en el diagrama P-h, y las mediciones realizadas a la
scompresor, corresponden a la condicin de alta temperatura y alta
presin en el diagrama P-h
3.2RESULTADOS OBTENIDOS3.2.1 CICLO IDEAL DE REFRIGERACIN
A partir de los datos experimentales, y utilizando el software
EES se obtienen los valores entalpa, entropa, temperatura, densidad
y flujo msico. Tanto para el ciclo real como para el
ciclorefrigeracin
Para un ciclo ideal de refrigeracin
Presin de Condensacin: 1061 kPa.Presin de Evaporacin: 130.6
kPa.
Tabla 4. Resultados ciclo de refrigeracin idealPunto 1 del ciclo
Punto 2 del ciclo Punto 3 del ciclo Punto 4 del ci
Entalpa (h) (kJ/kg) 177,1 214.3 78.8 78.8
Entropa (s) (kJ/kgK) 0.7115 0.7115 0.2849 0.3176
Temperatura (C) -23.63 56.49 44.14 -23.63
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El punto 1 del ciclo corresponde a la salida del evaporador, l
punto 2 a la salida del compresor,la salida del condensador y el
punto 4 a la salida de la vlvula de estrangulamiento.
[] [ ]
[ ]
Calor retirado por el evaporador en un ciclo ideal =
0.329[Kg/s]
( ) Coeficiente de desempeo para un ciclo ideal
3.2.2CICLO REAL DE REFRIGERACIN
En el ciclo real de refrigeracin tenemos:Temperatura de
subenfriamiento medida a la entrada del compresor: 23.4CTemperatura
de sobrecalentamiento medida a la salida del condensador: 44.1C
Tabla5. Resultados ciclo de refrigeracin realPunto 1 del ciclo
Punto 2 del ciclo Punto 3 del ciclo Punto 4 del ciclo
Entalpa (h) (kJ/kg) 191 232.6 36.61 36.61
Entropa (s) (kJ/kgK) 0.7649 - - -
[]
[]
Calor retirado por el evaporador en un ciclo real con un flujo
msico = 0.329 [Kg/s]
Coeficiente de desempeo para un ciclo ideal
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4. CONCLUSIONES
Luego de esquematizar los ciclos ideal y real en el diagrama
p-h, se aprecia de diferencia engrficas, por ejemplo la diferencia
entre los puntos 1 y 1`, en el ciclo ideal el fluido debera entrar
alcomo vapor saturado seco, pero en el ciclo real lo hace como
vapor sobrecalentado, tambin en el ci
proceso de compresin es isoentrpica y en el real deja de
serlo
Debido a la diferencia presente entre los ciclos se presentan
diferentes flujos msicos, dada la divolmenes especficos, diferentes
entalpias en los 4 puntos, esto se debe a que el ciclo ideal
eredundancia idealizado, donde no existe perdidas de presin ni
transferencia de calor en econvirtindose en un patrn de
comportamiento y de estudio para un ciclo real. Ya que este ltim
proceso reversible (como el ideal), ya que existe perdida de energa
producto del roce entre el refrig paredes de los ductos, como as
tambin por las tareas de los componentes del sistema (ccondensacin,
expansin y evaporacin), la disipacin de calor desde los
dispositivos hacia el medio,
De los resultados obtenidos podemos decir que el proceso 1-2 es
un proceso isoentrpico, el proces proceso isobrico y de 3 al 4
tenemos un proceso isoentlpico.En el punto 1 tenemos una presin de
evaporacin con ttulo 1 para un ciclo de refrigeracin ideal
APNDICE A
En esta seccin son presentadas las caractersticas tcnicas y
fsicas de los diferentes nstru
medicin utilizados en la experiencia deRefrigeracin.
A.1 TERMMETRO DIGITAL DE CONTACTO
Marca: Fluke. Modelo: 52-IILectura: C - F KRango de operacin:
200C a 1090C
Exactitud:1% + 10 unidades
Figura A.1: Termmetro digital marca Fluke.
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A.2 CIRCUITO DE REFRIGERACIN
Figura A.2 circuito de refrigeracin utilizado durante la
experiencia
A.3 MANMETRO: Manmetro marca YELLOW JACKET, rango de medicin
(0-35 kg/cm2), (0-500 PSresolucin utilizada (0,2 kg/cm2), error
instrumental (0,1 kg/cm2), utilizado para medir la
presinrefrigerante.
Figura A.3 Manmetro
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APNDICE B
B.1 CALCULOS REALIZADOS
Para el trabajo real e ideal de los diferentes componentes del
sistema de refrigeracin se realizaron losiguientes clculos.
]
]
] ]
] El clculo del calor retirado por el evaporador para un ciclo
real e ideal son:
( )
( ) Coeficiente de desempeo para un ciclo ideal
Coeficiente de desempeo para un ciclo real
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B.2 SOFTWARE UTILIZADO.
Para realizar los clculos y obtener resultados ms precisos, se
utiliz el software EES, utilizando unidsistema internacional,
presin en kPa, temperatura en C y energa en kJ.Se selecciona el
refrigerante y los datos que se deben calcular
Figura 6 programacin del software EES
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Obteniendo los siguientes resultados que posteriormente son
utilizados en los clculos
Figura 7 Resultados obtenidos mediante el software EES
