INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LA PAZDEPARTAMENTO DE METAL-MECÁNICA

INGENIERÍA ELECTROMECÁNICAREFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO.

PRÁCTICA NÚMERO 1. FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR CON TUBO CAPILAR.

ALUMNO: ABNER ELEAZAR MONTOYA SÁNCHEZ.

DOCENTE: ING. JUAN MARTIN NUÑEZ LUCERO

FECHA DE ENTREGA: 22 / 07 / 2015

Índice

1. Introducción....................................................................................................................................3

2. Marco teórico..................................................................................................................................3

3. Objetivos:.........................................................................................................................................5

4. Contenido........................................................................................................................................5

4.1. Descripción del método........................................................................................................5

4.2. Materiales y equipo................................................................................................................6

4.3. Ejecución del trabajo y resultados....................................................................................6

5. Conclusiones y recomendaciones............................................................................................8

6. Referencias de consulta..............................................................................................................8

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1. Introducción

Refrigeración es un proceso por el que se reduce la temperatura de un espacio determinado y se mantiene esta temperatura baja con el fin, por ejemplo, de enfriar alimentos, conservar determinadas sustancias o conseguir un ambiente agradable. El almacenamiento refrigerado de alimentos perecederos, pieles, productos farmacéuticos y otros se conoce como almacenamiento en frío. La refrigeración evita el crecimiento de bacterias e impide algunas reacciones químicas no deseadas que pueden tener lugar a temperatura ambiente. El uso de hielo de origen natural o artificial como refrigerante estaba muy extendido hasta poco antes de la I Guerra Mundial, cuando aparecieron los refrigeradores mecánicos y eléctricos. Las aplicaciones de refrigeración son entre muchas:

Las aplicaciones en espacios habitados, para alcanzar un grado de confort térmico adecuado para la habitabilidad de un edificio.

Las aplicaciones medicamentos u otros productos que se degraden con sus chupadas.

Los procesos industriales que requieren reducir la temperatura de maquinarias o materiales para su correcto desarrollo.

La criogénesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas empleada para licuar algunos gases o para algunas investigaciones científicas.

Motores de combustión interna: en la zona de las paredes de los cilindros y en las culatas de los motores se producen temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y la culata y de allí pasa un radiador de enfriamiento y un depósito de compensación. El líquido refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto de congelación para preservar al motor de sufrir averías cuando se producen temperaturas bajo cero.

Máquinas-herramientas: las máquinas herramientas también llevan incorporado un circuito de refrigeración y lubricación para bombear el líquido refrigerante que utilizan aceite de corte sobre el filo de la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese deteriorar rápidamente,

Aparatos electrónicos: la mayoría de los aparatos electrónicos requieren refrigeración, que generalmente consiguen mediante un ventilador, que hace circular el aire del local donde se sitúan, y otras veces sencillamente haciendo circular el aire por convección.

2. Marco teórico

Refrigeración es un proceso por el que se reduce la temperatura de un espacio determinado y se mantiene esta temperatura baja con el fin, por ejemplo, de enfriar alimentos, conservar determinadas sustancias o conseguir un ambiente agradable.

Refrigeración por compresión

La refrigeración por compresión desplaza la energía térmica entre dos focos; creando zonas de alta y baja presión confinadas en intercambiadores de calor, mientras estos procesos de intercambio de energía se suceden cuando el fluido refrigerante se encuentra en procesos de cambio de estado; de líquido a vapor, y viceversa.

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El proceso de refrigeración por compresión se logra evaporando un gas refrigerante en estado líquido a través de un dispositivo de expansión dentro de un intercambiador de calor, denominado evaporador. Para evaporarse este requiere absorber calor latente de vaporización. Al evaporarse el líquido refrigerante cambia su estado a vapor. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe energía térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio gaseoso o líquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le denomina carga térmica. Luego de este intercambio energético, un compresor mecánico se encarga de aumentar la presión del vapor para poder condensarlo dentro de otro intercambiador de calor conocido como condensador. En este intercambiador se liberan del sistema frigorífico tanto el calor latente como el sensible, ambos componentes de la carga térmica. Ya que este aumento de presión además produce un aumento en su temperatura, para lograr el cambio de estado del fluido refrigerante -y producir el subenfriamiento del mismo- es necesario enfriarlo al interior del condensador; esto suele hacerse por medio de aire y/o agua conforme el tipo de condensador, definido muchas veces en función del refrigerante. De esta manera, el refrigerante ya en estado líquido, puede evaporarse nuevamente a través de la válvula de expansión y repetir el ciclo de refrigeración por compresión.

EvaporadorSe conoce por evaporador al intercambiador de calor donde se produce la transferencia de energía térmica desde un medio a ser enfriado hacia el fluido refrigerante que circula en el interior del dispositivo. Su nombre proviene del cambio de estado sufrido por el refrigerante al recibir esta energía, luego de una brusca expansión que reduce su temperatura. Durante el proceso de evaporación, el fluido pasa del estado líquido al gaseoso.Los evaporadores se encuentran en todos los sistemas de refrigeración como neveras, equipos de aire acondicionado y cámaras. Su diseño, tamaño y capacidad depende de la aplicación y carga térmica de cada uso.

CondensadorEl condensador termodinámico es utilizado muchas veces en la industria de la refrigeración, el aire acondicionado o en la industria naval y en la producción de energía eléctrica, en centrales térmicas o nucleares.La condensación se puede producir bien utilizando aire mediante el uso de un ventilador o con agua (esta última suele ser en circuito cerrado con torre de refrigeración, en un río o la mar). La condensación sirve para condensar el vapor, después de realizar un trabajo termodinámico; por ejemplo, una turbina de vapor o para condensar el vapor comprimido de un compresor de frío en un circuito frigorífico. Cabe la posibilidad de seguir enfriando ese fluido, obteniéndose líquido subenfriado en el caso del aire acondicionado.

Tubo capilarUn tubo capilar es una conducción de fluido muy estrecha y de pequeña sección circular. Su nombre se origina por la similitud con el espesor del cabello. Es en estos tubos en los que se manifiestan los fenómenos de capilaridad. Pueden estar hechos de distintos materiales: vidrio, cobre, aleaciones metálicas, etc., en función de su uso o aplicación.Tiene uso en sistemas de refrigeración. Es el tipo más sencillo de dispositivo de expansión, pues consiste únicamente en un tubo (generalmente de cobre), que actúa por tener una gran pérdida de carga, debido a su pequeño diámetro, de modo que el líquido refrigerante pierde la mayor parte de la presión con la que viene del compresor, presión que mantenía su volumen reducido; al perder presión, se expande en la salida hacia el evaporador.

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La pérdida de carga que origina el capilar en este punto se define en función de la longitud del mismo, y corresponderá a la caída de presión del sistema entre el condensador y el evaporador.

RefrigeranteRefrigerante es una sustancia que actúa como agente de enfriamiento, con propiedades especiales de punto de evaporación y condensación. Mediante cambios de presión y temperatura absorben calor en un lugar y lo disipa en otro mediante un cambio de líquido a gas y viceversa.Refrigerante R12El Difluordiclorometano es un representante del grupo CFC. Está caracterizado por presentar un PDO alto (=1) y un elevado potencial de calentamiento global (PCG = 8500). Es un gas claro con un olor específico, 4,18 veces más pesado que el aire. Es uno de los más difundidos y seguros en la operación de los refrigerantes. En una atmósfera que contiene una fracción en volumen mayor a un 30% del R'12, la asfixia tiene lugar como resultado de la falta del oxígeno. La concentración de tolerancia (CT) en particular bajo la exposición de dos horas, corresponde a un contenido en el aire en términos de fracción en volumen de 38,5...30,4%. No es un explosivo, pero a una temperatura superior T > 330 oC se descompone con formación de cloruro de hidrógeno, fluoruro de hidrógeno anhidro y  trazas del gas venenoso llamado fosgeno. Se mezcla en toda proporción en aceites, no conduce la corriente eléctrica y se disuelve muy poco en agua. La fracción en volumen de humedad en R-12 para refrigeradores domésticos no debe exceder 0,0004 %. R12 deshidratado es neutral a todos los metales. Se caracteriza por una alta fluidez que facilita su penetración a través de los pequeños poros del hierro comercial. Al mismo tiempo gracias a la alta fluidez del R-12 los aceites refrigerantes penetran a través de las partes gomosas y reduce su escape. Ya que el R-12 es un buen disolvente de muchas sustancias orgánicas, durante la manufactura de almohadillas se usan gomas especiales, sevanita o paronita. En los equipos de refrigeración, el R-12 fue ampliamente usado para obtener temperaturas medias.     

3. Objetivos: Que el alumno se familiarice con el módulo de aprendizaje de refrigeración TECHNO-

VATE. Saber identificar debidamente los componentes básicos del ciclo de refrigeración. Aplicar los conocimientos teóricos adquiridos en clase para poder describir el funcio-

namiento de dicho ciclo.

4. Contenido

4.1. Descripción del método

Descripción básica por parte del docente sobre el módulo de refrigeración TECHNO-VATE.

Posicionar los interruptores y válvulas necesarias para operar el módulo en ciclo nor-mal con tubo capilar (ver ANEXO 1).

Se recomienda esperar al menos cinco minutos después del arranque para que se es-tabilice el ciclo.

A continuación, se procede a tomar lecturas de todos los medidores con los cuales cuenta el módulo.

Comparar las lecturas con la tabla de presión – temperatura del refrigerante.

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4.2. Materiales y equipo

Módulo de aprendizaje de refrigeración TECHNOVATE.

Materiales: No se requiere de material adicional.

4.3. Ejecución del trabajo y resultados.

Primero el maestro da una breve explicación del funcionamiento del Módulo de aprendizaje de refrigeración TECHNOVATE, de los componentes que lo integran y cómo actúan de manera separa y en conjunto.

Fotografía 1. Módulo de aprendizaje TECHNOVATE

Posteriormente se posicionan las válvulas en base a la condiciones que se marca el anexo 1, para hacer funcionar el Modulo. (Nota: sin prender el módulo de aprendizaje).

Una vez que las válvulas que se encuentran en las posiciones correctas, marcadas por el anexo 1, accionar el modulo.

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Fotografía 2. Posición correcta de las manillas.

Al accionarse, poner atención en los efectos que suceden. Realizar mediciones de los manómetros de presión, así como también del amperímetro, voltímetro y wattorimetro integrados en el Modulo.

Fotografía 3. Voltímetro, amperímetro, wattorimetro y algunos manómetros.

Datos obtenidos.

Medición Valor

AC Amperes 10 A

Watts 1200

AC Volts 125 V

Presión del gas refrigerante 60 PSI

Presión en la salida del evaporador 55 PSI

Temperatura en la salida del evaporador 85 °F

Presión en la entrada del compresor 45 PSI

Temperatura en la entrada del compresor 90 °F

La refrigeración por compresión se logra evaporando un gas refrigerante en estado líquido a través de un dispositivo de expansión dentro de un intercambiador de calor, denominado evaporador. Para evaporarse este requiere absorber calor latente de vaporización. Al evaporarse el líquido refrigerante cambia su estado a vapor. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe energía térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio gaseoso o líquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le denomina carga térmica. Luego de este intercambio energético, un compresor mecánico se encarga de aumentar la presión del vapor para poder condensarlo dentro de otro intercambiador de calor conocido como condensador y hacerlo líquido de nuevo. En este intercambiador se liberan del frigorífico tanto el calor latente como el sensible, ambos componentes de la carga térmica. Ya que este aumento de presión además produce un aumento en su temperatura, para lograr el cambio de estado del fluido refrigerante -y producir el subenfriamiento del mismo- es necesario enfriarlo al interior del condensador; esto suele hacerse por medio de aire y/o agua conforme el tipo de

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condensador, definido muchas veces en función del refrigerante. De esta manera, el refrigerante en estado líquido, puede evaporarse nuevamente a través de la válvula de expansión y repetir el ciclo de refrigeración por compresión.

Fotografía 4. Tubo capilar, detrás de la válvula de expansión.

Fotografía 5. Accionamiento de protección de compresor, se utiliza un trapo húmedo para enfriamiento del compresor.

5. Conclusiones y recomendaciones

La refrigeración es la acción de extraer calor de un medio para un fin específico. Una de las principales aplicaciones que se encontró para el enfriamiento fue la conservación de los alimentos, posteriormente vino el enfriamiento de comodidad y de investigación para el desarrollo tecnológico.

La refrigeración se puede clasificar en alta, media y baja. En función del rango de temperatura que se maneje. Se utilizan de diferente manera, ya sea para confort, conservación de alimentos o la congelación de los mismos.

El ciclo mecánico de refrigeración es el ciclo por el cual se lleva a cabo la extracción de calor de un medio y dicho calor se rechaza a un sumidero de calor. Se llama ciclo mecánico debido a que la compresión del fluido refrigerante del sistema se hace de manera mecánica.

6. Referencias de consultaDossat, Roy J. (2001). Principios de Refrigeración. Ed. CECSACompany "Allchem" Web Page. http://www.allchemi.com/eng/refregerants/traditional.html

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