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FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA Y DE ENERGÍA LABORATORIO DE TERMODINÁMICA II

“REFRIGERACION DOMESTICA” SEMESTRE ACADÉMICO:

2020-A

PROFESOR:

Pacheco López Alipio

INTEGRANTES:

Challco Granados Kevin Gustavo Landeo Hernandez Luis Bernal Chistama Christian Andrés Fecha de entrega 11-08-20

Bellavista – Callao

CONTENIDO I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI.

OBJETIVOS ……………………………………………………3 MARCO CONCEPTUAL………………………………………..3 ESQUEMA DEL EQUIPO………………………………………8 PROCEDIMIENTO……………………………………………..10 TABULACION DE DATOS…………………………………….10 ANALISIS Y METODOLOGIA DE CALCULO……………….10 RESULTADOS………………………………………………….11 OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES…………………….12 CUESTIONARIO………………………………………………..12 BIBLIOGRAFIA………………………………………………….15 ANEXOS…………………………………………………………15

I.

OBJETIVOS 1.1 Objetivo general: Conocer y analizar el funcionamiento de un equipo de refrigeración doméstico y el comportamiento ideal de refrigeración por compresión de vapor mediante ensayos. 1.2 Objetivos específicos:   

II.

Mostrar los principios del ciclo ideal de refrigeración. Identificar los componentes de un refrigerador doméstico y los procesos termodinámicos que se presentan en cada uno de ellos. Obtener los flujos de calor en el compresor, el condensador, el evaporador, el efecto refrigerante y el coeficiente de performance, (COP).

MARCO CONCEPTUAL La refrigeración por compresión consiste en la circulación de un fluido en un circuito cerrado creando zonas de alta y baja presión con el propósito de que el fluido refrigerante tome calor en un ambiente y lo disipe en otro. Los elementos principales en un ciclo de refrigeración por compresión a vapor son: el evaporador, el compresor, el condensador y el tubo capilar o válvula de expansión. Como sabemos un lugar donde podemos apreciar a diario el ciclo de refrigeración es en nuestro hogar, es por medio de una refrigeradora que es un electrodoméstico común y de mucha utilidad en nuestras viviendas. Dentro de sus aplicaciones tenemos: - Fabricación de hielo (industrial o domestico) - Conservación de alimentos, productos hidrobiológicos y productos perecibles.

Figura 1 Elementos principales que participan en un ciclo de refrigeración Se diferencian cuatro elementos principales en el ciclo de refrigeración por compresión:

Figura 2 Compresor Aspira el refrigerante en forma de gas que proviene del evaporador y lo transporta al condensador aumentando su presión y su temperatura. Condensador Tiene la función de poner en contacto los gases que provienen del compresor con un medio condensante para que pase a fase líquida. Tubo capilar Está constituido por un tubo de diámetro interno muy pequeño. La fricción que se desarrolla entre las paredes interiores de la tubería y el fluido refrigerante produce pérdidas que se expresan como una caída de presión. 𝑉2 𝐿 ∆𝑃 = 𝛾𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔. ∗ 𝑓 ∗ ∅ ∗ 2𝑔

Evaporador Es el lugar de la instalación donde se produce el intercambio térmico entre el refrigerante y el medio a enfriar (aire, agua o algo que se desea enfriar). Además de estos cuatro puntos importantes del ciclo de refrigeración existen otros elementos que complementan a realizar la experiencia. Tenemos: Filtros Su función principal es el de limpiar el refrigerante de partículas extrañas y el agua. Termostato El dispositivo de regulación de temperatura que se muestra en la figura puede ser considerado como típico en los refrigeradores familiares. Este regulador es del tipo denominado control termostático de temperatura, cuyo funcionamiento consiste en arrancar y parar el compresor. Manómetros El manómetro es un instrumento utilizado para la medición de la presión en los fluidos, generalmente determinando la diferencia de la presión entre en fluido y la presión local. Refrigerante R134a Un refrigerante HFC que tiene cero potencial de agotamiento de ozono que ha sido sustituto del R-12 en diversas aplicaciones y que se ha utilizado como refrigerante alternativo para equipo nuevo, es un compuesto puro que tiene versatilidad y fácil manejo, para aplicarlo se debe utilizar lubricante sintético a base de poliéster. No contiene átomos de cloro, no es inflamable, toxico, explosivo, irritante y corrosivo. Es utilizado actualmente en la mayoría de los vehículos tanto en automóviles como en autobuses de pasajeros y en la gran mayoría de heladeras domésticas y comerciales.

Figura 3 CICLO BÁSICO DE REFRIGERACIÓN El ciclo básico de refrigeración consta de los siguientes puntos: evaporación, compresión, condensación, control y expansión.

Figura 4 Compresión (1-2) Después de evaporarse el refrigerante sale del evaporador en forma de vapor a baja presión, pasa al compresor en donde se comprime, incrementando su presión (este aumento de presión es necesario para que el gas refrigerante cambie fácilmente a líquido y lo bombea hacia la etapa de condensación). Condensación (2-3)

La etapa de condensación del ciclo se efectúa en una unidad llamada “condensador” que se encuentra localizado en el exterior del espacio refrigerado. Aquí el gas refrigerante a alta presión y alta temperatura, rechaza calor al medio ambiente (es enfriado por una corriente de agua o de aire), cambiando de gas a liquido frío y a una alta presión. Control y expansión (3-4)

Esta etapa se desarrolla por un mecanismo de control de flujo (válvula de expansión o tubo capilar), este dispositivo retiene el flujo y expansiona al refrigerante para facilitar su evaporación posterior. Evaporación (4-1) En la etapa de evaporación el refrigerante absorbe el calor del espacio que lo rodea y por consiguiente lo enfría. Esta etapa tiene lugar en un componente denominado evaporador, el cual es llamado así debido de que en el refrigerante se evapora, cambiando de estado líquido a vapor.

Figura 5

Figura 6 .Diagrama de Mollier

El diagrama P-h, o diagrama de Mollier para presión/entalpía, es la representación gráfica en una carta semilogarítmica en el plano presión/entalpía, especialmente para los gases refrigerantes y es en ella donde se trazan y suelen estudiar los distintos sistemas frigoríficos de refrigeración por compresión. Descripción: básicamente el diagrama está compuesto por dos ejes principales y tres zonas delimitadas por una curva de saturación. En el eje de las ordenadas: se registra el valor de presión en (bar) para diagramas p-h en SI, eje graduado en escala logarítmica. En el eje de las abscisas: se registra el valor de entalpía en unidad de masa en (kJ/Kg) o (Kcal/Kg).

III.

ESQUEMA GENERAL DEL EQUIPO

Módulo de refrigeración que consta de: Compresor ficha técnica Marca EMBRACO - DANFFOS Capacidad 1/6 Hp Compresor PW5.5K11 Diámetro 1.55pulg. Carrera 0,625pulg. Desplazamiento 5.54 cc/rev. Potencia del motor 248 w=1/6 Hp Velocidad del motor 3500 RPM

Evaporador

Compresor

Condensador

Tubo capilar (2mm)

filtro

Medidor de temperatura digital Mide la temperatura en diferentes puntos del sistema de refrigeración, por medio de las termocuplas.

Refrigerante (R134a)

manómetros

Termostato

IV.

PROCEDIMIENTO a. Encender el compresor. b. Esperar 5 minutos que se estabilice el ciclo. c. Tomar las mediciones para un instante dado. d. La presión de entrada y salida del compresor. e. Tomar las temperaturas de entrada y salida del compresor. f. Tomar la temperatura de salida del condensador. g. Tomar la temperatura de entrada al evaporador.

V.

TABULACION DE DATOS

𝑃baja

1

VI.

𝑃alta

Pc

16 Psi 385Psi 1/3 HP 0.11 Mpa 2.65 Mpa 0.25 KW

N

Dc

3500 RPM

14.7 Cm3/Rev.

ANALISIS Y METODOLOGIA DE CALCULO

P1 = 0.11 Mpa

De las tablas del Refrigerante 134a: h1= 383.18 De 1-2 Compresión Isoentrópica: S1= S2 = 1.7436

KJ ; P2 = 2.65 Mpa Kg

KJ KJ ; S1= 1.7436 Kg Kg

De las tablas de vapor sobrecalentado de R-134a en 2.5 Mpa, interpolando: 1.74567−1.70180 449.5−483.747 KJ =  h = 448.76 1.74747−1.7436 449.499−h Kg

En 3Mpa, interpolando: 1.74747−1.6995 1.74747−1.7436

P Mpa 2.5 2.65 3

=

453.731−436.193 KJ  h =452.316 453.731−h Kg

h 448.76 h2

452.316

h2 = 449.82

KJ Kg

De la tabla R-134a: h3 = 323.34

KJ = h4 Kg

Efecto Refrigerante: E R = h1- h 4 = ( 383.18 – 323.34 ) E R = 59.84

KJ Kg

KJ Kg

Calor Transferido: q A = h2 - h3 = ( 449.82 – 323.34 ) q A = 126.48

KJ Kg

KJ Kg

Trabajo de compresión: W c = h2 -h1= ( 449.82 – 383.18) W c = 66.64

KJ Kg

KJ Kg

Coeficiente de Performance COP: COP =

59.84 = 0.8979 66.64

VII. 

RESULTADOS

El efecto refrigerante obtenido fue de 59.84 absorbido por el refrigerante en el evaporador.

KJ lo que representa el calor Kg



El calor transferido es de 126.48

KJ , calor que va al ambiente, sin Kg

embargo este valor es ideal. VIII.

CONCLUSIONES

 Se logró identificar y analizar los diversos componentes del sistema de refrigeración.  El calor transferido es óptimo debido al condensador, esto podría variar si se utiliza otro condensador y/o refrigerante.  Se determinó el COP llegando a un valor aceptable, sin embargo, tener en cuenta que el proceso es ideal y en un proceso real los valores podrían ser totalmente distintos.  Los resultados obtenidos se deben al refrigerante 134a, hubiera sido conveniente y muy práctico poder utilizar otro refrigerante para así poder comprar el coeficiente de performance de cada uno. IX.

CUESTIONARIO 1. ¿Qué entiende usted por refrigeración?

Es un proceso que consiste en bajar o mantener el nivel de calor de un cuerpo o un espacio, refrigerar es un proceso termodinámico en el que se extrae calor del objeto reduciendo su nivel térmico. 2. ¿Cuáles son los refrigerantes ecológicos, explique su importancia?

Amoniaco(R-717): Es el más usado, pues no degrada la capa de ozono ni contribuye al efecto invernadero. Tiene alta performance como refrigerante: alta conductividad térmica, que facilita la transferencia de calor. Ecofreeze 12: Este refrigerante se promueve como sustituto directo de los convencionales R-12 y R-134 A, con aplicaciones en refrigeración doméstica, comercial y aire acondicionado de automóviles. R-410 A: Este compuesto aparece entre las sustancias de mayor presencia en el mercado, sobre todo en el área de aire acondicionado en reemplazo del R-22. R-600 A(Isobutano): Este es otro producto que tiene ventajas ecológicas considerables y actualmente se usa en equipos de refrigeración doméstica producidos por firmas europeas. Estos compuestos aportan de manera importante no sólo a la preservación ambiental, sino también a la reducción de consumo de energía y a la seguridad, previniendo riesgos de explosión y liberación al ambiente de

elementos tóxicos. Cabe indicar que la mayor eficiencia también es un rasgo característico de los refrigerantes ecológicos, lo que aumenta el costo de los equipos que los utilizan. 3. ¿Cuál es la importancia del termostato en una refrigeradora doméstica?

El refrigerador doméstico tiene un accesorio que controla la temperatura dentro del refrigerador y es llamado termostato, es uno de los accesorios más importantes del refrigerador, ya que su función es controlar el arranque y paro del compresor en función a la temperatura deseada del usuario. Una vez definida la temperatura, el termostato hará que el compresor prenda o apague para mantener constante la temperatura deseada.

4. ¿Cuál es la diferencia al utilizar el tubo capilar o la válvula de expansión? El tubo capilar aunque su función es similar a la válvula de expansión termostática, su principal diferencia es que el refrigerante atraviesa un orificio fijo. El tubo capilar no puede regular ni controlar la cantidad de refrigerante que ingresa al evaporador, ya que no posee la habilidad de la válvula de expansión termostática. Es por ello, que la carga de refrigerante en unidades que llevan este tipo de control, es muy crítica. 5. ¿Según la clasificación de compresores que se dictó en teoría

que tipo de compresores se utilizó en la experiencia? 6. Sabemos que un buen uso del refrigerador domestico nos

permite ahorrar energía eléctrica. Averiguar y explicar seis métodos recomendables que nos permitan ahorrar energía en nuestro hogar. 

Desconecta los aparatos que no utilices Los electrodomésticos en stand by consumen, aunque no te des cuenta. Apaga todos tus aparatos eléctricos cuando no los uses.



Utiliza bombillas LED o de bajo consumo Aunque el precio por bombilla es superior a la tradicional, con ellas puedes ahorrar hasta un 75% en iluminación.



Gradúa el termostato de tus aparatos de climatización

Mantener una temperatura adecuada ayuda a reducir el consumo de energía eléctrica en la vivienda. Lo ideal es mantener una temperatura de 20-23 grados en invierno y de 22-25 en verano. Cada grado suplementario en tu sistema de calefacción o refrigeración puede aumentar el consumo de electricidad hasta un 7%. 

Programa tus electrodomésticos Programando tus electrodomésticos según tus necesidades de uso puedes ahorrar un 15% en electricidad. Esta función, junto con el control por Internet, es especialmente útil en los termos eléctricos: ahorrarás dinero al mismo tiempo que obtienes las máximas prestaciones de confort.



Apuesta por electrodomésticos eficientes Sustituir tus viejos electrodomésticos por modelos eficientes reduce el consumo de energía eléctrica considerablemente. Mejorar el aislamiento de la vivienda: Otro punto muy importante, y que a menudo pasa inadvertido cuando hablamos de ahorro de energía es el aislamiento. Mediante la colocación de burletes en puertas y ventanas podemos evitar las pérdidas de calor en invierno y las pérdidas de frío en verano. De esta manera haremos nuestro hogar más confortable

X.

BIBLIOGRAFIA



FUNDAMENTOS DE TERMODINAMICA TECNICA, Moran C. Shapiro.



TERMODINAMICA APLICADA, Jaime Postigo.



Guías de laboratorio de la FIME-UNAC.



LAB. DEL INGENIERO MECANICO, JOSE SEYMOUR.



COMBUSTION, DANTE GLACOSA.



MANUAL DEL INGENIERO MECANICO, MARKS.



MANUAL DE BUENAS PRACTICAS EN REFRIGERACION.

XI.

ANEXOS