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• Jose Ulloa Vasquez

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Laboratorio N° 3

CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN Grupo : N° 3 Integrantes : Emily Bueno Misael García Sebastián Moraga José Ulloa Académico : Miguel Segovia Asignatura : Termodinámica Fecha : 15

LABORATORIO REFRIGERACIÓN - FACULTAD DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA

RESUMEN

A

Través de este informe se logrará constatar que para transferir calor de una región de temperatura baja a otra de alta temperatura se requiere dispositivos especiales llamados refrigeradores, los cuales tienen como objetivo extraer calor (QL) del medio frío.

Por lo anterior, para la realización de la experiencia se utilizó un circuito de refrigeración por compresión de vapor, para el cual se empleó un refrigerante, específicamente el 134a. Mediante el análisis del ciclo de refrigeración y los cálculos de los coeficientes de desempeño, se consiguió establecer las conclusiones para este informe, además de ayudar a complementar los conceptos estudiados previamente en clases.

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ÍNDICE ÍNDICE DE CONTENIDOS RESUMEN………………………………………………………………………………… …………………………………… 1 INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………… …………………………………..

3

OBJETIVOS…………. ……………………………………………………………………………………………… …………

5

DESARROLLO: DETALLE DE LA EJECUCIÓN DE LA EXPERIENCIA………………………………………

6

RESULTADOS……………………………………………………………………………… ………………………………….

7

 ANÁLISIS…………………………………………………………………………… ……………………………….

8

CONCLUSIONES………………………………………………………………………… …………………………………..

9

BIBLIOGRAFÍA…………………………………………………………………………… …………………………………..

10

ÍNDICE DE FIGURAS Y GRÁFICOS FIGURA 1. CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN A VAPOR…………………………

4

ÍNDICE DE TABLAS TABLA 1. VARIABLES OBTENIDOS PARA EL COP TEÓRICO………………………………………………

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TABLA 2. VARIABLES OBTENIDAS PARA EL DIAGRAMA PH Y EL COP REAL……………………... 7

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INTRODUCCIÓN

U

na de las principales áreas de aplicación de la termodinámica es la refrigeración, que es la transferencia de calor de una región de temperatura inferior hacia una temperatura superior. Los dispositivos que producen refrigeración se llaman refrigeradores, y los ciclos en los que operan se denominan ciclos de refrigeración. El ciclo de refrigeración que se empleó en la experiencia, es el que se utiliza con mayor frecuencia, y este es por compresión de vapor, en este circuito el refrigerante se evapora y se condensa alternadamente, para luego comprimirse en la fase de vapor. Por lo anterior, durante la experiencia se utilizó el circuito de refrigeración por compresión de vapor ya mencionado, el cual consta fundamentalmente de 4 equipos:    

Compresor. (5) Condensador primario. No aparece en la figura Válvula de expansión. (8) Evaporador. (7)

Además de este equipo, el circuito cuenta con más instrumentos y herramientas que serán indicados a continuación: Instrumento (s) Válvulas Condensador secundario Manómetro

Ubicaci ón 1,2,3 4 16,18

Presóstato

17

Estanque

6

Termocuplas Transductores de presión Filtro

10 15,19

Visor temperatura Visor presión

14

9

13,20

Objetivo Abrir, cerrar o graduar el caudal de refrigerante Aumentar o disminuir la capacidad de refrigeración Medir presión de los sistemas de alta y baja presión Dispositivo de control para impedir aumentos de presión riesgosos para el proceso y ambiente Mantener una señal estable a los sensores de presión y temperatura Sensores de temperatura Sensar una señal eléctrica proporcional a la presión del sistema Retener las partículas de desgaste de cañerías y otros del fluido refrigerante Muestra la temperatura de las fuentes térmicas Muestra la presión de alta y baja del fluido refrigerante 4 | Página

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Visor fluido Control encendido Logger

11,21 12 10

Muestra el paso de fluido como líquido o vapor Encendido/Apagado del sistema Indica temperaturas compatibilidad a PC

del

sistema

con

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La siguiente figura muestra las posiciones en las que se encuentra cada instrumento nombrado anteriormente: 1

1 2 8 1

1

1

1

1

1 1 Figura 1. Circuito de refrigeración por compresión 1 a vapor Fuente: Guía de Refrigeración 9 2 1

2 1

3

4

7

6 5

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OBJETIVOS General  Determinar experimentalmente los indicadores termodinámicos de funcionamiento de un circuito de refrigeración. Específicos  Calcular el COP ideal de un circuito de refrigeración.  Calcular el COP real de un circuito de refrigeración.  Determinar las toneladas de refrigeración de un circuito de refrigeración.

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 Graficar en un diagrama ph, los procesos del circuito de refrigeración experimental.DESARROLLO: DETALLE DE LA EJECUCIÓN DE LAS EXPERIENCIA Para dar inicio a la experiencia, como en todos los laboratorios anteriores, previamente recibimos las indicaciones expuestas por el académico, las cuales consisten en una pequeña orientación sobre la práctica a realizar. Luego de ello, se verifico el estado del circuito, es decir, las termocuplas y sensores de presión que este posee. Una vez terminado el chequeo del equipo en general, se conectó a la energía eléctrica y se encendió desde el panel correspondiente. Seguido a esto, se abrieron las válvulas de entrada de los condensadores, y salida del evaporador, también las que envían el fluido para la medición, para después verificar si existían fugas u operación anormales. Posteriormente, se trató de regular la temperatura de la fuente fría con el control de temperatura del circuito, pero no se consiguió debido a un inusual inconveniente. Debido a esto, no se lograron tomar los datos para el cálculo de indicadores, por lo que estos debieron ser conseguidos con algunos de los grupos que realizaron antes la experiencia.

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RESULTADOS Los resultados de la experiencia se pueden apreciar a través de las siguientes tablas: Tabla 1. Variables obtenidos para el COP teórico Temperatura Fria (K) Temperatura Caliente Tf (K) Tc

Tf / (Tc - Tf)

C.O.P teórico

296,15

297,95

164,52

294,15

298,05

75,42

292,15

298,35

47,12

291,15

298,25

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Antes de calcular las entalpias es necesario conocer las presiones, estas fueron medidas de una forma, a través del manómetro en bar que fue transformado a KPa (1 bar = 100 KPa). Estas medidas fueron medidas para el evaporador (P1) y el condensador (P2), donde P1 y P2 representan los puntos de baja y alta presión. Tabla 2. Presiones de Entrada y Salida Condensador y Evaporador Temperat ura (°C) 24 22 20 19

Presiones P1 P1 P2 Evaporado Evaporad Condensad r (Bar) or (Kpa) or (Bar) -3,4 340 8 -3,4 340 8,2 -3,3 330 8,4 -3,3 330 8,7

P2 Condensador (KPa) 800 820 840 870 9 | Página

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Después de Calcular las presiones se necesita conocer las temperaturas de entrada y salida del compresor y condensador, los datos fueron Temperatura (°C) Temperat ura

Punto 1

Punto 2

Punto 3

Punto 4

(°C)

Entrada Evap.

Salida Evap.

Salida Cond.

Entrada Cond.

-3,6 21,2 -5,8 20,2 -6,4 18,6 -6,2 17,7 medidos por el termómetro digital. 24 22 20 19

30,3 31,6 32,9 32,7

31,8 35,6 40,8 43,1

Tabla 3. Temperatura de entrada y salida (Evaporador y Condensador)

Calculos de Entalpias a) Salida del Condensador Medici Temperat Presion on ura

Calculo de interpolacion

Entalpia (kJ/Kg)

1 30,3 (°c)

800 kPa

266,22

2 31,6 (°c)

820 kPa

274,97

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3 32,9 (°c)

840 kPa

272,93

4 32,7 (°c)

870 kPa

269,53

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b) Entrada Condensador Medici Temperat Presion on ura

Calculo de interpolacion

Entalpia (kJ/Kg)

1 31,8 (°c)

800 kPa

267,29

2 35,6 (°c)

820 kPa

275,45

3 40,8 (°c)

840 kPa

278,93

4 43,1 (°c)

870 kPa

43,1−50 269,53−283,27

=

277,18

c) Salida Evaporador Medici Temperat Presion on ura

Calculo de interpolacion

Entalpia (kJ/Kg)

1 21,2 (°c)

340 kPa

266,49

2 20,2 (°c)

340 kPa

267,39

3 18,6 (°c)

330 kPa

265,2

4 17,7 (°c)

330 kPa

258,57

d) Entrada Evaporador 12 | P á g i n a

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Medici on

Tº (ºC)

Presion

Calculo de interpolacion

Entalpia (kJ/Kg)

1

-3,6 340 kPa

143,45

2

-5,8 340 kPa

132,52

3

-6,4 330 kPa

141,14

Medicio 4 n

Entalpia Entalpia salida salida -6,2 330 kPa condensad evaporado or r

Entalpia entrada condensa dor

Entalpia entrada evaporado r

COP 142,13

1

266,22

266,49

267,29

143,45

0,99

2

274,97

267,39

275,45

132,52

0,99

3

272,93

265,2

278,93

141,14

0,95

4

269,53

258,57

277,18

142,13

0,93

e) COP ref

RESULTADOS | ANÁLISIS 13 | P á g i n a

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1. Cálculo de COPRr memoria de cálculo y unidades 2. Cálculo de entalpía de evaporación, memoria de cálculo y unidades 3. Cálculo del trabajo de entrada, memoria de cálculo y unidades 4. Cálculo COPR, memoria de cálculo y unidades 5. Confección de gráficos 6. Discusión de los procedimientos de cálculo Al tener cuatro puntos de medición en el sistema de refrigeración, tenemos entonces 4 estaciones que están recibiendo un estímulo del anterior y cada uno de ellos viéndose afectador por la temperatura. Para determinar el procedimiento de los cálculos, tales como la Entalpía, el COP y el COPR, es necesario manejar los resultados inmediatos que van arrojando los Manómetros, Presostatos y Termocuplas de los Condensadores y Evaporadores. Luego con esto, y sabiendo que nuestro fluido corresponde al R-134a, la Entalpía la podemos calcular mediante un Diagrama Ph, o también respondiendo a la ecuación q + w = hs – he. Ya con estos valores, 7. Discusión respecto de COPRr El Coeficiente de Desempeño de una máquina reversible, es conocido como mediante el rendimiento de Carnot, válido para una máquina frigorífica o una bomba de calor, en las cuales se tiene un COP mayor que en los de tipo irreversible. Basándonos netamente en una máquina frigorífica internamente reversible, podemos definir su Coeficiente de Desempeño como: COP MF ,Carnot

=

T1 T 1−T 2

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La definición anterior aclara que la variable principal que controla el COP en una máquina frigorífica de Carnot es la temperatura. Si bien este modelo es sólo ideal (ya que no existe) presenta serios inconvenientes, como lo son los procesos prácticos de expansión y compresión. Ambas se ven ampliamente afectadas cuando son atacadas por alguna mezcla húmeda que deje pequeñas gotitas en las superficies. De acuerdo a estas definiciones, el COPRr nos indica el máximo que se puede llegar a tener, pero también cabe destacar, que el COP puede ser mayor que la unidad y, de hecho, lo es para los equipos bien diseñados (teóricamente). 8. Discusión respecto de COP El Segundo principio establece a que existen procesos que pueden recorrerse en un sentido, pero no el opuesto. Podemos transformar íntegramente el trabajo en calor (es lo que hace una estufa de resistencias), pero no el calor en trabajo (ya que lo prohíbe el enunciado de Kelvin-Planck). Los ejemplos cotidianos abundan: si colocamos una taza de café caliente en el ambiente, el café se enfría, nunca se calienta más. Si vertemos azúcar en agua, no podemos invertir la disolución. Todo esto, fue discutido en clases prácticamente para poder determinar que este comportamiento sí es real a comparación de el de Carnot. El Coeficiente de Rendimiento estándar de los procesos de refrigeración se define como: COP

=

q2 W (ent)

9.

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CONCLUSIONES 1. La experiencia no resultó como se estimó, ya que por motivos desconocidos el sistema no pudo funcionar. Pero, basándonos en datos del equipo anterior, primeramente podemos afirmar que una máquina de refrigeración debe funcionar a una temperatura fija determinada para que así tanto los condensadores y evaporadores no sufran cambios violentos de presión y calor. 2. Por ser un sistema de refrigeración continua, podemos afirmar que a medida que la temperatura ambiente disminuye, existe una proporcionalidad inversa entre la temperatura de entrada del Evaporador con la de salida de éste mismo. Caso contrario ocurre con la temperatura en el punto de entrada del Condensador, ya que a medida que la temperatura ambiental disminuye, éste aumenta, y su temperatura de salida también lo hace. 3. La aplicación del teorema de Carnot en un sistema de refrigeración, nos indica que el Coeficiente de Desempeño máximo solamente lo puede otorgar un sistema de refrigeración que opere de acuerdo a un ciclo reversible, tal como lo hace el de Carnot.

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BIBLIOGRAFÍA  Cengel, Boles. (2011) Termodinámica 7ma Edición. México: Mc GrawHill  Segundo Principio de la Termodinámica. (2010, Mayo 21). Recuperado de http://laplace.us.es/wiki/index.php/Segundo_Principio_de_la_Termodin %C3%A1mica#Procesos_reversibles_e_irreversibles

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