Download - Termodinámica Refrigeración
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
1/17
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
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
2/17
Ingeniera de Ejecucin en ClimatizacinDepartamento de Ingeniera Mecnica
Universidad de Santiago de ChileSantiago Chile
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.)
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
3/17
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
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
4/17
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..............................................................................
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
5/17
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.......................................................................................
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
6/17
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.
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
7/17
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.
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
8/17
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
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
9/17
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.
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
10/17
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
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
11/17
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
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
12/17
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
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
13/17
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.
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
14/17
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
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
15/17
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
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
16/17
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
-
8/10/2019 Termodinmica Refrigeracin
17/17
Obteniendo los siguientes resultados que posteriormente son utilizados en los clculos
Figura 7 Resultados obtenidos mediante el software EES