BENEMRITA UNIVERSIDAD AUTNOMA DE PUEBLA FACULTAD DE INGENIERA QUMICA LABORATORIO PESADO FISICOQUMICA II CICLO DE REFRIGERACIN

Profesores: Ing. Csar Luna Ortega, M.C. Reyes Carlos Macedo y Ramrez. Cubculo: 1er. Piso del Laboratorio Pesado Telfono: en proceso de instalacin celunor@go.com www.buap.fiq/laboratoriopesado.htm _________________________________________________________________________________________ OBJETIVO: Mediante la experimentacin con un ciclo de refrigeracin construir en un diagrama Entalpa vs. Presin el grfico representativo de dicho ciclo y aplicar los principios de balance de energa para determinar el efecto de la temperatura de condensacin en la tasa de refrigeracin y en la transferencia de calor al medio circundante y para evaluar la eficiencia real del ciclo. _________________________________________________________________________________________ MARCO TERICO: Un refrigerador se define como una mquina cuya funcin principal es la de atrapar calor de una zona de baja temperatura para transferirlo posteriormente al medio circundante. Si la temperatura a la cual se disipa el calor es lo suficientemente alta como para que sea til como en un sistema de calefaccin, la mquina se denomina bomba de calor. La sustancia de trabajo que funciona en un refrigerador comn recibe el nombre de refrigerante. En la Figura 1 se muestra el esquema de un ciclo de refrigeracin simple por compresin de vapor. El refrigerante entra al compresor como vapor ligeramente sobrecalentado a baja presin. En seguida sale del compresor y entra al condensador como vapor a alta presin, donde el refrigerante se condensa a medida que se transfiere calor al agua de enfriamiento o al entorno. Despus, el refrigerante sale del condensador como un lquido a presin alta. La presin del lquido disminuye a medida que pasa por la vlvula de expansin y como resultado de ello, algo del lquido se evapora instantneamente formando vapor fro. El lquido restante, que ahora est a presin y temperatura bajas, se evapora en el evaporador a medida que se transfiere calor del espacio refrigerado. Este 1 vapor entra nuevamente al compresor .

Figura 1

En un refrigerador domstico comn, el compresor y el condensador estn localizados en la parte posterior. En esta prctica se utilizar el Ciclo de Refrigeracin R633 P.A. HILTON LTD, que utiliza el refrigerante R-141b (1,1-Dicloro, 1-Fluor, Etano) y cuyo funcionamiento se ajusta adecuadamente a la descripcin anterior. El diagrama de esta unidad se muestra en la Figura 3. En vista de que cada equipo que forma parte de un ciclo de refrigeracin funciona como un volumen de control que opera en rgimen permanente con flujo estable, la cantidad de calor o trabajo transferidos segn sea el 1,2 caso, puede determinarse a partir de la ecuacin general de balance de energa para el estado estacionario .

H + E c + E p = Q WaPor otro lado, la eficiencia de un ciclo de refrigeracin real se evala con respecto al rendimiento de un ciclo de refrigeracin que opera de manera ideal (Ciclo de Carnot).

ref =donde:

real ideal

ref = Eficiencia del ciclo de refrigeracin. real = Coeficiente de rendimiento del ciclo de refrigeracin real. ideal = Coeficiente de rendimiento del ciclo de refrigeracin ideal.En trminos generales:

=Siendo:

Energa recuperada en el espacio refrigerado Energa neta requerida para conseguir la refrigeracin

ideal =

TL TH TL

y

real =

QEvap Wneto

El diseo de un equipo de refrigeracin3 depende en gran medida de las propiedades del refrigerante y en consecuencia debe satisfacer muchos requisitos, algunos de de los cuales no se relacionan directamente con su habilidad para transferir calor. Un calor latente de vaporizacin alto es deseable as como tambin una baja capacidad calorfica en la fase vapor. Propiedades de transporte como una alta conductividad trmica y baja viscosidad tambin son deseables. La estabilidad qumica bajo condiciones de operacin es una caracterstica muy importante. Los cdigos de seguridad pueden requerir un refrigerante no inflamable, de baja toxicidad y de bajo impacto ambiental. Costo, disponibilidad, eficiencia y compatibilidad con el lubricante del compresor y con los materiales con los que fue construido el equipo de refrigeracin son otros requisitos. PRELABORATORIO: 1.- Qu es un refrigerante tipo CFC y HCFC? 2.- Cul es el impacto de los refrigerantes en el medio ambiente? 3.- Cules son los refrigerantes de uso comn en la actualidad en los refrigeradores para el hogar? 4.- Investiga las siguientes propiedades fsicas del 1,1-Dicloro, 1-Fluor, etano: Punto de ebullicin normal. Calor latente de vaporizacin normal.

Densidad del lquido a 25C. Densidad del vapor a 32C. 5.- Qu es un proceso reversible? 6.- Describe brevemente el ciclo de Carnot y cmo evaluar su eficiencia? MATERIALES: Unidad de demostracin del ciclo de refrigeracin R-633 P.A. HILTON LTD. Recirculador con enfriamiento Eseve C-10. SUSTANCIAS: 10 litros de agua destilada. PROCEDIMIENTO: 1.- Encender el recirculador que debe tener almacenados por lo menos 5 litros de agua destilada para que fluya agua de enfriamiento a la unidad de refrigeracin. 2.- Ajustar los rotmetros de la unidad de refrigeracin a un valor de 16 g/s. 3.- Poner en marcha la unidad de refrigeracin R-633 en modo de funcionamiento normal, como se muestra en la Figura 2. Nota: No encender la unidad si no has realizado el paso 1.

Figura 2 4.- Mantener en todo momento la temperatura del agua de enfriamiento a 20 C. 5.- Permitir que la unidad opere durante unos 15 minutos para que se estabilice su funcionamiento. 6.- Anotar en la tabla 1 los datos que se piden. 7.- Dejar que opere el ciclo de refrigeracin hasta que el agua de enfriamiento alcance una temperatura de 25C y a partir de ese momento deber mantenerse as durante por lo menos 10 minutos para que el ciclo de refrigeracin se estabilice nuevamente. Anotar en la tabla 1 los datos que se piden y repetir este paso pero a una temperatura del agua de enfriamiento de 30C 8.- Apagar en primer lugar la unidad de refrigeracin R-633, cerrar las vlvulas que se abrieron para dejarla en modo de cierre y finalmente apagar el recirculador.

REPORTE: 1.- Con los datos de la Tabla 1 y con la ayuda de la Tabla 2 construye los grficos que representen las 3 pruebas del ciclo de refrigeracin en el diagrama H vs. P que se anexa. Considera que la temperatura del condensador corresponde a la temperatura del lquido saturado. 2.- Calcula en balance de energa del evaporador, compresor y condensador para cada prueba y anota los resultados en la Tabla 1. 3.- Con los datos obtenidos del balance de energa en el evaporador y en el condensador, construye en un mismo diagrama T de condensacin vs. Watts transferidos dos grficos que relacionen el calor transferido con la temperatura del condensador para visualizar el efecto en la temperatura de condensacin en la tasa de refrigeracin y en la transferencia de calor al medio circundante. Expresa tus conclusiones. 4.- Calcula la eficiencia real del ciclo de refrigeracin para las 3 pruebas y anota tus resultados en la Tabla 1. Establece tus suposiciones claramente. 5.- Calcula el flujo msico del refrigerante. Establece tus suposiciones claramente. BIBLIOGRAFA: 1.- Fundamentos de Termodinmica Gordon G. Van Wylen, Richard E. Sonntag; Claus Borgnakke; Limusa Wyley, 2004; 2. Edicin en espaol. 2.- Introduccin a la Termodinmica en Ingeniera Qumica; J. M. Smith, H. C. Van Ness, M. M. Abbot, McGraw-Hill; 2002; 6. Edicin. 3.- ASHRAE HAVAC, Fundamentals Handbook, 2001 4.- The properties of gases and liquids; Bruce E. Poling, John M. Prausnitz, John P. O'Connell; McGraw-Hill; 2001; 5a. Edicin. . BIBLIOGRAFA COMPLEMENTARIA: 4.- Principios de Termodinmica para Ingenieros; John R. Howell, Richard O. Buckius; McGraw Hill; 1990. 5.- Chemical and Engineering Thermodynamics ; Stanley I. Sandler; Wiley; 1999. 6.- Introduccin a la Termodinmica con algunas aplicaciones de Ingeniera; Jorge A. Rodrguez; Universidad Tecnolgica Nacional, Argentina. 7.- Manual del Ingeniero Qumico; R. H. Perry; 6. Edicin

Tabla 1 No. de Prueba Presin manomtrica del evaporador Pe en KPa Presin absoluta del evaporador Pe en KPa Temperatura del evaporador t5 C Flujo msico de agua en el evaporador en gr/s Temperatura de entrada del agua en el evaporador t1 C Temperatura de salida del agua en el evaporador t2 C Temperatura del lquido condensado t8 C Presin manomtrica del condensador Pc en KPa Presin absoluta del condensador Pc en KPa Temperatura de descarga del compresor t7 C Temperatura del condensador t6 C Flujo msico de agua en el condensador en gr/s Temperatura de entrada del agua en el condensador t4 C Temperatura de salida del agua en el econdensador t3 C Calor transferido en el evaporador en Watts Calor transferido en el condensador en Watts Trabajo efectuado por el compresor en Watts % de Eficiencia real del Ciclo de Refrigeracin 1 2 3

Tabla 2

Figura 3