INFORME lab N° 1

UNIVERSIDAD DE LA FRONTERA

Refrigerante R-12

APLICACIONES TERMODINAMICAS. Laboratorio N 1

NOMBRE: Arbin Andres Cuevas Mesías.

CARRERA: Ing. Mecánica.

PROFESOR: Mauricio Gonzales.

FECHA: 06/07/2012

UNIVERSIDAD DE LA FRONTERARefrigerante R-12

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ÍNDICE.

RESUMEN 3

Introducción 4

DESARROLLO 5

Objetivos 5

Explicación experiencia 6

Grafico P-h 7

Tabla de datos 8

Cálculos 9

Tabla de resultados 10

Análisis de comportamiento ideal 11

CONCLUSIONES 12

BIBLIOGRAFIA 13


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RESUMEN.

En el proceso de reconocer un sistema termodinámico real como el del R-12, usado en la actualidad para la calefacción y refrigeración. Se estudio en el laboratorio el comportamiento de este sistema el cual se clasifica como un sistema cerrado con frontera rígida, de tamaño constante, incoloro y además es heterogéneo, por que existe en más de una fase, no tiene movilidad, es estático y tiene un funcionamiento cíclico.

En los cambios de este sistema se distinguen 8 procesos, que podremos ver más adelante en el diagrama P-H. Los 3 primeros procesos son isobáricos, lo mismo que 4-5 y 5-6, 5 procesos en total, luego los 2 procesos siguientes son isoentálpicos adiabáticos (que en ese lugar no hay intercambio de calor), y el proceso 6-1 que corresponde a compresión adiabática.

Una vez que estuvo en marcha el sistema, se puede observar cada fase que se va presentando, lo que permite ver con claridad el funcionamiento explicado en teoría, tomamos mediciones de la temperatura y presión de diferentes regiones para realizar cálculos que permitirán comparar la practica con la teoría, los resultados se presentaran en el desarrollo de este informe.


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INTRODUCCIÓN.

En el análisis del un sistema termodinámico correspondiente al R-12 conocido comercialmente como Freón su composición química es CCl2F2 (Diclorodifluorometano). Este sistema se caracteriza por ser invariante en el tiempo típico de los sistemas cíclicos cerrados. Además podremos observar los diferentes estados por los que se somete, dependiendo del estado en que se encuentre puede tanto entregar y/o recibir calor del medio debido a la diferencias de temperaturas, pero teóricamente la suma de todas estas energías deberían ser cero, porque la ley de conservación de la energía así lo dice; que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

Algunos mecanismos involucrados en el sistema, por nombrar algunos son: un compresor, que se encarga de elevar la presión del sistema: un condensador, para extraer calor del sistema: una válvula reguladora de presión, en esta válvula se mantiene a un lado una presión muy alta de una 146 Lb/pul2 aprox y provoca una reducción a unas 49 Lb/pul2 aprox: un evaporador en donde se le entrega calor del ambiente al sistema provocando la evaporación y así ingrese el fluido en estado gaseoso al compresor y comenzar con este ciclo nuevamente.

Es usado en áreas de refrigeración y de calefacción, usando el frio para la conservación de alimentos preferentemente, acondicionamiento de ambientes (frio en el verano y calor en invierno, por ejemplo) y muchas aplicaciones pero todas funcionan bajo el mismo principio de funcionamiento.


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DESARROLLO.

Objetivos:

Conocer y clasificar un sistema termodinámico real atendiendo a: tipo de sistema, constituyentes y fases presentes, forma de evolucionar.

Reconocer en el sistema propuesto los conceptos de: proceso, estado, ciclo, calor especifico, manifestaciones del calor en formas sensibles y latentes, calor total, mecanismos de transferencia de calor presentes en los diferentes lugares del equipo en donde se efectua esta experiencia.

Reconocer en el sistema estudiado la presencia de Procesos termodinámicos con cambios de fase.

Establecer la descripción de fase para el sistema en cada uno de los estados de este en relación al diagrama p-h propuesto.

Establecer si el R-12 en los procesos 5-6 y 1-2 se comporta como un gas real o ideal.


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Se procede a poner en marcha la unidad de laboratorio en donde realizaremos las observaciones.

Este esquema corresponde al sistea R-12 se clasifica como un sistema cerrado con frontera rígida, de tamaño constante, incoloro y además es heterogéneo, por que existe en más de una fase, no tiene movilidad, es estático y tiene un funcionamiento cíclico cerrado. Este sistema es de energía y masa constante, su estado es invariante en el tiempo. En el proceso de 1-3 el sistema pierde calor, mientras que de 4 -6 gana calor del ambiente. Los medios de transmisión de calor son por conducción, convección y radiación. Conducción desde la pared al ambiente y viceversa, convección entre el ambiente y la pared de el sistema, esta convección puede ser natural o forzada. Natural ocurre por diferencia de densidad, mientras que forzada por que el sistema se mueve forzado por el compresor.


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Grafica P-h

Este esquema describe la trayectoria entre las fases que se mueve el R-12 mientras se encuentra en funcionamiento la unidad. Se puede observar su funcionamiento cíclico, es una trayectoria repetitiva comienza en el punto 1, continua su trayectoria volviendo al punto de partida, para luego seguir con el ciclo hasta que sea requerido.

De 1 a 3 proceso isobárico (presión constante)

De 3 a 4 igual entalpia y adiabáticos (sin transferencia de calor)

De 4 a 6 proceso isobárico (presión constante)

De 6 a 1 proceso adiabático (sin transferencia de calor)

Las designaciones de L refiere al sistema en estado liquido, G por su parte se refiere al estado gaseoso del mismo.


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Tabla de datos obtenida en laboratorio:

Estado Temp °F P man. (PSI) P abs. (PSI)

1 159 146 160.72 115 146 160.72´ 115 146 160.73 106 146 160.73´ 58 - 70.174 52 49 63.75 52 49 63.76 74 49 63.7

Tabla de datos obtenida en laboratorio:

Estado vcu-ft/lbm

uBTU/lbm

h BTU/lbm

s BTU/lbm-R

calidad Fase

1 0.292636 87.742 96.445 0.1765 - V. sob.2 0.252112 80.728 88.226 0.1626 1 V. sat.2´ 0.013034 34.251 34.639 0.0693 0 L. sat.3 0.012826 32.135 32.517 0.0657 - L comp.3´ 0.114182 31.012 32.517 0.0669 0 L. sat.4 0.136654 30.906 32.517 0.0672 0.2 M sat.5 0.634825 75.101 82.585 0.1651 1 V sat.6 0.680995 78.090 86.118 0.1719 - V sob.

Cálculo de calores específicos:

Calor específico a volumen constante Cv=∆u∆T

Calor específico a presión constante Cp=∆h∆T

Para los gases existen 2 calores específicos y para los líquidos existe solo uno. De acuerdo a esta observación, en el proceso 2`-3 existe solo un calor específico: C = Cv (volumen es constante).


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Calor específico a volumen constante.

- Cv(1→2)=¿ u2−u1

t 2−t 1 = ( 80,728−87,742

115−159 )( BTUlbm−℉ ) =0,159( BTU

lbm−℉ )- Cv(5→6 )=¿

u6−u5

t 6−t 5 = ( 78,090−75,101

74−52 )( BTUlbm−℉ ) = 0,135( BTU

lbm−℉ )

- C(2 →3)=¿ u3−u2

t 3−t 2 = ( 32,135−34,251

106−115 )( BTUlbm−℉ ) =0,235( BTU

lbm−℉ )

Calor específico a presión constante.

- Cp(1→2)=¿ h2−h1

t 2−t 1 = ( 88,226−96,445

115−159 )( BTUlbm−℉ ) =0,186 ( BTU

lbm−℉ )- Cp(5→ 6)=¿

h6−h5

t 6−t 5 = ( 86,118−82,585

74−52 )( BTUlbm−℉ ) =0,160( BTU

lbm−℉ )

Manifestaciones del calor en formas sensible y latente.

Calor sensible: Los procesos en los que existe calor sensible son: (1-2), (2`-3), (5-6).

- qs(1→ 2)=¿ C p( 1→2)

∙¿ t 2−t 1¿ = 0,186∙¿ 115−159¿( BTUlbm ) = -8,184 (BTUlbm )- qs(2 →3)

=¿ C ∙¿ t 3−t 2 ¿ = 0,235∙¿ 106−115¿( BTUlbm ) = -2,115 (BTUlbm )- qs(5→ 6)

=¿ C p( 5→6 )∙¿ t 6−t 5¿ = 0,160∙¿ 74−52¿(BTUlbm ) = 3,52 (BTUlbm )

Calor latente: Los procesos en los que existe calor latente son: (2-2`), (4-5).


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- q l( 2→2 ) = (h¿¿2 −h2)(BTUlbm )¿ = (34,639−88,226) (BTUlbm ) = -53,587(BTUlbm )- q l( 4→ 5) = (h¿¿5−h4)( BTUlbm )¿ = (82,585−32.517) (BTUlbm ) = 50.068(BTUlbm )

En los procesos, (3-3`), (3`-4), (6-1) no existe transferencia de calor puesto que son procesos adiabáticos isoentálpicos.

Los resultados obtenidos en las ecuaciones se resumen en la siguiente tabla.

estado Cv

( BTUlbm−℉ )

Cp ( BTUlbm−℉ ) C

( BTUlbm−℉ )

qs(BTUlbm ) q l(BTUlbm )

1-2 0,159 0,186 - -8,184 ∄

2-2` - - - ∄ -53,587

2`-3 - - 0,235 -2,115 ∄

4-5 - - - ∄ 50.068

5-6 0,135 0,160 - 3,52 ∄

Estimación del calor total.

q total=∑ qs+∑ q l


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q total=(ql (2→2 )+ql ( 4→ 5)

+qs (1→2)+qs(2 →3)

+qs(5→6) )

q total=(−53.587+50.068−8.184−2.115+3.52) (BTUlbm )

q total=−10.298( BTUlbm )

Análisis de comportamiento de gas ideal.

- Análisis de la Presión.

Proceso 1 2 5 6

Presión (Psi) 160,7 63,7

Presión crítica (Psi) 582 582

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x Presión crítica194 194

Comparación(P = 160,7) < (

13Pcr=194 ) (P = 63,7) < (

13Pcr=194 )

Observación Cumple condición de gas ideal.

Cumple condición de gas ideal.


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CONCLUCIÓN.

Podemos concluir que este refrigerante llamado r12 que está compuesto cloro, flúor, carbono nos demuestran su total importancia, junto este sistema que hace pasar este fluido por distinta condiciones ,describir de a través de cálculos lo que sucedía en cada uno de sus estados.

Además de verificar los diferentes cambios de estado presentes, logramos comprender la teoría vista con la práctica.

En algunos casos, nos encontramos con diferentes problemáticas respecto de los cálculos realizados versus los esperados. No obstante, cabe señalar que ningún sistema puede llegar a ser ideal, y además por motivos de fabricación la máquina presentaba algunas fugas de temperatura.

Además podemos concluir que este sistema Cerrado, heterogéneo y estático en donde el refrigerante R12 va evolucionando de forma cíclicamente.

En base a los resultados obtenidos en el desarrollo del informe se puede concluir que los objetivos del laboratorio se cumplieron en gran parte, revisando los resultados se puede reconocer el sistema, así como sus diferentes estados dependiendo del ciclo que se analice.

Durante la corrección, se encontró un error introducido al programa r-12, en el que se calculo las propiedades del estado 4 con presión y temperatura durante el laboratorio, cuando se debió hacer con presión del estado 4 y entalpía del estado 3 debido a que estos procesos son isoentálpicos, luego de corregir este valor influyo en un resultado total en la sumatoria, dando un valor de –10 (btu/lbm) aproximadamente, esto indica la perdida de calor sufrida por el sistema durante el proceso, estas pérdidas son adjudicadas al circuito donde ocurre el proceso en puntos que fueron tomados en cuenta durante el laboratorio y demás factores externos.


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BIBLIOGRAFIA.

Termodinámica, 6 edición. Autor : Yonus Cengel

Apuntes tomados durante la clase de laboratorio.

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