Practica CIclo Refrigeracion

Prof: Nicolas Diestra Snchez

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PRACTICA N5

TEMA : CICLO DE REFRIGERACIN

I OBJETIVO:

1.1 OBJETIVOS GENERALES:

Analizar el funcionamiento de un Sistema de Refrigeracin Domestica por compresin de

vapor.

1.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS:

Identificar el proceso de un ciclo termodinmico de refrigeracin domestica y sus

componentes.

Hallar el Coeficiente de Performance de un Ciclo de Refrigeracin Domestica.

Determinar el flujo msico y el trabajo mecnico del compresor.

Determinar el Efecto refrigerante y el calor de rechazo por efecto de condensacin.

Indicar medidas de ahorro de energa en Ciclo de Refrigeracin Domestica.

II FUNDAMENTO TEORICO:

La Refrigeracin es definida como la ciencia que trata de los fenmenos o procesos de

reduccin y mantenimiento de la temperatura de un material o ambiente por debajo de la

temperatura del medio ambiente que lo rodea

Dentro de sus aplicaciones tenemos tres grandes campos:

- Fabricacin de hielo ( industrial o domestico )

- Conservacin de alimentos , productos hidrobiologicos y productos perecibles.

- Acondicionamiento de ambientes ( enfriamiento y deshumidificacion del aire)

El proceso de refrigeracin comprende, la absorcin del calor del cuerpo o ambiente que se

trata de enfriar a una temperatura baja; y la evacuacin del calor del aparato a una

temperatura ms alta, mediante un mismo fluido de trabajo denominado REFRIGERANTE.

Esta se representa a travs del Ciclo Inverso de Carnot.

Dentro de las aplicaciones de la refrigeracin se tiene el aplicado al Sector Domestico,

mediante los Ciclos de Compresin a Vapor con refrigerantes ecolgicos.


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1. CICLO DE REFRIGERACIN :

La inversa del ciclo de carnot transfiere energa desde una regin de baja temperatura.

Sabemos que un motor trmico funciona siguiendo el Ciclo Normal de Carnot, una

Maquina frigorfica funciona de acuerdo al Ciclo invertido de Carnot, cuyo mecanismo

se representa en los diagramas T-S y P-H

Los detalles del ciclo de refrigeracin por compresin a vapor es el siguiente:

PROCESO DE EXPANSION ISOENTROPICA

El refrigerante lquido entra al dispositivo de expansin en el punto A. A la presin de

alta, idealmente se asume que esta ubica en el punto de lquido saturado. Existen

diversos dispositivos de expansin; los ms comunes son la vlvula de expansin y el

tubo capilar. En cualquier caso el dispositivo de control de flujo tiene una abertura

estrecha lo que da por resultado una gran perdida de presin al fluir el refrigerante a

travs del mismo. El refrigerante sale por el punto B a la presin de baja del sistema,

como una mezcla de liquido y vapor, por lo consiguiente se debe buscar a esta presin

la temperatura de saturacin.

PROCESO DE EVAPORACIN O ABSORCIN DE CALOR:

El refrigerante fluye a travs de la tubera del evaporador de B a C. El evaporador es un

banco de tuberas de distinto tipo de configuracin dentro del cual fluye el refrigerante.

La sustancia que se debe enfriar generalmente aire ( si es una cmara de frio de un

refrigerador o de un frigorfico , o tambin agua ( para la produccin de hielo ) fluyen

en los exteriores a un banco de tuberas, realizndose el intercambio de calor de manera

A

B C

D


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indirecta. Esta sustancia se encuentra a una temperatura mas elevada que la del

refrigerante.

Debido a que el refrigerante lquido dentro del evaporador ya se encuentra a su

temperatura de saturacin (su punto de ebullicin) el calor que gana hace que se

evapore al pasar por el evaporador. Por lo general, el refrigerante sale del evaporador ya

sea como un vapor saturado (idealmente) o un vapor sobrecalentado (realmente).

PROCESO DE COMPRESIN ISOENTROPICA:

El vapor ingresa al compresor por el lado de succin, para luego ser comprimido a una

presin elevada (presin de alta) adecuada para efectuar la condensacin. Esta presin

es aproximadamente igual a la cual entr al dispositivo de control de flujo.

En realidad la presin es ligeramente mayor que este valor. Se requiere trabajo para

comprimir el gas, este trabajo procede de un motor o una maquina que mueve al

compresor.

Este trabajo contribuye a aumentar la energa almacenada del vapor comprimido,

resultando en un aumento de su temperatura. En este ejemplo el refrigerante sale del

compresor en el punto D, y en una condicin de sobrecalentamiento.

PROCESO DE CONDENSACIN:

El gas a la Presin de Alta que descarga el compresor fluye a travs de la tubera del

condensador de D a A. Un fluido, tal como el aire o agua, fluye por los exteriores de la

tubera.

En un Ciclo de refrigeracin domestica, el calor fluye a travs de las tuberas del

condensador, el cual es enfriado por una corriente de aire en forma transversal, que

fluye en forma natural, ya que no se requiere grandes masas de aire.

Como el refrigerante esta sobrecalentado cuando entra al condensador, primero se

enfra hasta que su temperatura alcanza la de saturacin. La remocin adicional de calor

resulta en la condensacin gradual del refrigerante, hasta que se licua en su totalidad. El

refrigerante puede salir del condensador como un lquido saturado (idealmente) o

subenfriado (real) .

2. PARMETROS DE CONTROL:

EFECTO REFRIGERANTE:


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El aumento de la entalpia del refrigerante en el evaporador se conoce como efecto

refrigerante (E.R) y se expresa en Btu/lb. o Kcal/Kg.

Estar dado por :

ER = hC - h B

Donde :

hC = Entalpia del refrigerante a la salida del evaporador, evaluado como vapor

saturado a la presin de baja.

h B = Entalpia del refrigerante a la entrada del evaporador , evaluado a la presin de

baja, es tambin la entalpia del punto de liquido saturado a la salida del condensador.

FLUJO MASICO DEL REFRIGERANTE:

El flujo msico que circula a travs de un sistema con el fin de producir una capacidad

dada de refrigeracin, se puede hallar como se indica a continuacin:

M = Qp / E.R

Donde:

M = flujo msico en Lb/min o Kg/min.

Qp = Capacidad de refrigeracin del sistema en Btu/min.

E.R = Efecto Refrigerante. Btu/Lb.

A fin de poder comparar el funcionamiento de sistemas que operan a diferentes

condiciones, resulta conveniente hallar el flujo del refrigerante por tonelada de

refrigeracin, en este caso se tiene que la equivalencia de 1 Ton = 200 Btu/min ,

entonces la ecuacin queda de la siguiente manera:

M = 200 / E.R

M = Flujo msico en Lb/min por Ton.

TRABAJO DE COMPRESIN:

Cuando se comprime el refrigerante, aumenta su presin, temperatura y entalpia.

Donde:

Wc = hD - hC

Wc = Trabajo de compresor.

hC = Entalpia a la entrada del compresor , se asume en el punto de vapor saturado a

la presin de baja.


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hD = Entalpia a la salida del compresor , idealmente se asume que es un proceso

isentrpico S= cte , evaluando la entropia en el punto c y con un cruza de esta

isoentropica con el valor de la presin de alta en la zona de vapor sobrecalentado se

puede obtener este valor hD..

POTENCIA TEORICA DEL COMPRESOR:

Generalmente ms conviene determinar la cantidad de potencia necesaria para accionar

el compresor, que determinar el trabajo requerido. Esta potencia se puede hallar a partir

del trabajo de compresin y del flujo msico, utilizando la siguiente ecuacin:

P = Wc * M

P = Potencia terica requerida por el compresor Btu/min.

Es conveniente siempre expresarlo en trminos de caballos de fuerza. Resulta tambin

conveniente determinar la potencia requerida en caballos por tonelada de refrigeracin ,

a fin de poder comparar el efecto que se obtiene al operar bajo condiciones diferentes.

CALOR DE RECHAZO:

El calor de rechazo (C.R) se define como la cantidad de calor removido por libra de

refrigerante en el condensador.

Este generalmente es mayor al Efecto refrigerante ya que el punto D es ms distante

que el punto C hacia la derecha

C.R = hD - hA

La cantidad de calor de rechazo del condensador en Btu/min se obtiene por la

siguiente ecuacin:

Q p = M * (hD - hC )

Esta cantidad de calor nos permitir dimensionar la superficie de transferencia de calor

del condensador y la masa del fluido refrigerante.

COEFICIENTE DE REFRIGERACIN:

Tambin llamado Coeficiente de Performance o Rendimiento COP o COF o CDR. Es

la comparacin entre el Efecto Refrigerante y el Trabajo del compresor.

CDR = COP = COF = E.R / Wc

En un primer anlisis podemos decir de que un CDR mayor, indica que se obtiene

mayor E.R, con menos trabajo mecnico del compresor, mientras que un CDR menor,

indica que se obt9ene menos E.R con mayor trabajo del compresor.


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TON DE REFRIGERACIN:

Es la cantidad necesaria absorbida por una tonelada de agua a 32F y 14.7 psi , en la

conversin de un liquido puro a solido (hielo) durante un periodo de 24 horas.

Se requieren 144 Btu para convertir 1 Lib de agua liquida saturada a 32F y 14.7 Psi en

hielo a 32F . Por consiguiente 1 TON de refrigeracin es:

144 Btu/Lb * 2000 Lb/TON * 1/24 horas = 12000 Btu/h = 200 Btu/min

3. EQUIPO DE REFRIGERACIN :

COMPRESOR:

Es una maquina del tipo reciprocante (para nuestro caso), rotatorio, tornillo cuya

funcin es la de extraer el vapor del fren del congelador (Evaporador) y bombearlo a

presin para que penetre en el condensador

Est hecho de un cilindro, un anillo de acero unido a una leva y una barrera con muelle

que separa las ventanas de admisin y escape, con la compresin el vapor se calienta.

La rotacin de la leva por medio de un motor elctrico hace girar el anillo

desconcentrado contra la pared del cilindro, dejando un espacio en forma de cuarto

creciente que se llana de vapor. La barrera se desliza adentro y afuera en su encaje,

haciendo presin sobre el anillo.

Cuando son necesarios grandes cambios de presin, se utiliza compresin en varias

etapas o multicompresion. La unidad adicional toma el nombre de booster .Cuando

el cambio de presin es de 10 a 1 , se utilizan 2 o 3 etapas.

CONDENSADOR:

Tiene la funcin de extraer calor del refrigerante gaseoso que entra a alta temperatura

y transformndolo en refrigerante liquido a la salida.

El calor sale del condensador debido a que hay una temperatura mayor en el interior del

serpentn que el exterior y se emplea aire.

En conexin con el condensador, por lo general se utiliza un recibidor o deposito, que

constituye un almacn para el refrigerante.

EVAPORADOR

Constituye el serpentn de enfriamiento o congelacin. El vapor fluye de los

productos que se enfran al aire que lo rodea el que circula por conveccin natural o

forzada por la superficie del evaporador.


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Existen evaporadores secos o inundados, en los primeros el refrigerante predomina en

el estado vapor y en los inundados en el estado liquido, la mayora son del tipo seco.

La refrigeracin puede ser en forma directa o indirecta, ser directa cuando el

evaporador se coloca en contacto directo con el ambiente en que se encuentra el

producto que se enfra. O indirecto cuando se enfra salmuera, agua , glicol u otras

soluciones que a su vez sirven para enfriar el producto , el evaporador esta fuera del

cuarto refrigerado.

III REFRIGERADOR DOMESTICO:

Absorviendo calor de los alimentos en el refrigerador, el refrigerante hierve en el

congelador a temperaturas rticas y se convierte en vapor (amarillo). Este va al compresor,

se somete a altas presiones y se calienta a una temperatura superior a la del ambiente. En el

condensador que tiene aletas de enfriamiento como las del radiador de un coche, el vapor

despide parte de su calor a la habitacin, el vapor se condensa volvindose lquido

nuevamente (color naranja). Esto sucede a pesar de que el fren esta a una temperatura

mucho mas elevada que la suya de licuefaccin. El fren sube hasta una vlvula que

restringe el paso del fluido y de esta forma mantiene la presin.

Al pasar el refrigerante por la vlvula, la presin desciende; pero como este bien por encima

de su punto de ebullicin para la nueva presin, parte del fren se vaporiza en el acto.

Hace falta de energa en forma de calor para convertir un lquido en vapor y el fren

utilizara su propio calor al tiempo que hierve.

El aire caliente se eleva, para ser absorbido, mientras que el aire frio pasa a traves del

refrigerador. El ciclo de refrigeracin funciona solamente cuando la temperatura que se

eleva en el interior activa un termostato que hace contacto en el interruptor.

IV. EQUIPOS Y MATERIALES:

01 Refrigerador Domestico LCCPE de propiedad del Laboratorio de Termofluidos

03 Termistores para temperaturas en el evaporador.

01 Motor Compresor reciprocante.

02 Manmetros para Alta y Baja presin.

01 Panel de Control, para medicin de Tensin y Corriente.

01 Multimetro digital.


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V PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Y DATOS POR CONSIGNAR:

1. Verificar que el Equipo esta operando en perfectas condiciones , encenderlo y dejarlo

que ingrese a un etapa de rgimen normal de trabajo, 15 minutos

2. Tomar lecturas de :

- Presin de Alta.

- Presin de Baja.

- Temperatura en el evaporador, cmara interna.

- Tensin del motor

- Corriente.

- Temperatura ambiental.

3. Realizar la misma toma de datos cada 4 minutos (incluyendo los valores iniciales),

ejecutando un total de 6 mediciones, que se presentan en el siguiente cuadro :

Tabla de Datos N 01

1 2 3 4 5 6 Promedio

Hora

Presin de Alta (Psi)

presin de Baja (Psi)

Temperatura (C)

Tensin (V)

Intensidad Corriente(A)

4. Apagar el equipo y dejar la zona de trabajo correctamente limpia.

5. Se puede realizar las operaciones agregando carga a la cmara de congelamiento, tal

como alimentos hidrobiologicos.

VI CUESTIONARIO:

1. Construir el Ciclo termodinmico de los ensayos realizados a travs de un Diagrama P

vs H, T vs S (Tomar un valor caractersticos de los 6 ensayos realizados) Detallando

los valores de entalpia , entropa y presin en los 4 puntos del proceso.

2. Hallar los valores de :

E.R = Efecto Refrigerante.


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W = Trabajo del Compresor.

M = Masa del refrigerante.

C.R = Calor de Rechazo.

P = Potencia terica del compresor

CDR = Coeficiente de Performance.

Presentar los valores en una Tabla de Resultados.

3. Graficar:

CDR vs W

CDR vs E.R

W vs. E.R

E.R vs C.R

C.D.R , W , E.R vs Tiempo

4. Comparar la potencia terica del Compresor P, con la Potencia en funcin a los

parmetros elctricos V (Tensin) y A (Corriente). Comentar resultados. Se podra

determinar la eficiencia del compresor?

5. Investigar acerca de las caractersticas en el evaporador de los Refrigeradores con el

Sistema NO FROST en la cmara de congelamiento.

6. Investigar acerca de las propiedades fisicoqumicas del Refrigerante Ecolgico R 134-A

7. Investigar acerca de las metodologas existentes para mejorar las caractersticas de

Ciclo de Refrigeracin por Compresin de Vapor.

8. Que hubiese sucedido con el COP, E.R y el C.R si en vez de utilizar R-134 A , se

hubiese utilizado Refrigerante R-12, R-22 o Amoniaco, representar datos en un cuadro

comparativo.

VII BIBLIOGRAFA:

- Herencia Quispe. Refrigeracin y Aire Acondicionado

- Haywood Anlisis Termodinmico de Plantas Energticas.

- UNI .Laboratorio del Ingeniero Mecnico II.

- PUCP.Laboratorio de Termodinmica.

- Gonzales Tooth, Gonzales Vergaray, Romero Burnes,Tavara Fevre, Abanto Abanto ,

Quinez Hinostroza. Informe de Practicas de Laboratorio en Sistemas de

Refrigeracin Domestica.

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