Practica 3 lab de termo - CICLOS DE REFRIGERACION PDF

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CICLOS DE REFRIGERACION...

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UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA

FACULTAD DE TECNOLOGIA CARRERAS: Ing. Petróleo y Gas Natural/Industrial MATERIA: LAB PRQ-201 GRUPO N°: Viernes 11-13 UNIVERSITARIOS: Carreón Echalar Yeison Sánchez Henners Jorge Luis Gonzales Cortes Julio Bernardo Quaglini Zurita Aldo Renzo Velasco Da Costa Daniel Andrés FECHA: 04-07-2016 NOMBRE DEL DOCENTE: Ing. Oporto Virgilio

Sucre – Bolivia

PRACTICA Nº 4 CICLOS DE REFRIGERACIÓN 1.- OBJETIVOS 

  

Analizar, comprender los ciclos de refrigeración identificando sus componentes y función que cumple tanto un refrigerador doméstico como un refrigerador computarizado. Calcular la T2 si el ciclo fuera ideal. Comprobar las fases a la salida de cada componente. Graficar perfiles T-t P-t QH2O-t

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO - Ciclo De Refrigeración Existen dos presiones en el ciclo básico de refrigeración por compresión: la de evaporación o de baja presión y la de condensación o de alta presión. El refrigerante actúa como medio de transporte para mover el calor del evaporador al condensador, donde es despedido a la atmósfera o al agua de enfriamiento, en el caso de sistemas enfriados por agua. Un cambio de estado líquido a vapor, y viceversa, permite al refrigerante absorber y descargar grandes cantidades de calor en forma eficiente. El ciclo básico de refrigeración opera de la siguiente forma: el refrigerante líquido a alta presión es alimentado al tanque recibidor a través de la tubería de líquido, pasando por un filtro desecante al instrumento de control, que separa los lados de alta y de baja presión del sistema.

- Evaporador Se 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.

- Condensador 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 sub-enfriado en el caso del aire acondicionado.

- Compresor Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir. Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

- Válvula o Tubo Capilar Válvula o tubo capilar su función es dejar que el refrigerante pase desde la parte del circuito de alta presión a la de baja presión, expandiéndose, y expulsa una mezcla liquido-vapor.

- Intercambiador De Calor Un intercambiador de calor es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos medios, que estén separados por una barrera o que se encuentren en contacto. Son parte esencial de los dispositivos de calefacción, refrigeración, acondicionamiento, producción de energía y procesamiento químico. Un intercambiador típico es el radiador del motor de un automóvil, en el que el fluido calo portador, calentado por la acción del motor, se enfría por la corriente de aire que fluye sobre él y, a su vez, reduce la temperatura del motor volviendo a circular en el interior del mismo.

- Ciclo De Refrigeración Controlado Por Computadora

Imagen del ciclo de refrigeración

Esquema general del equipo. Puede verse el esquema general de funcionamiento de la Unidad de Demostración del Ciclo de Refrigeración TCRC. -

El evaporador es un cilindro vertical de vidrio cerrado por ambos extremos por medio de unas bridas de acero inoxidable con una junta de vitón, que garantizan la correcta estanqueidad del conjunto. Un serpentín de cobre niquelado es el encargado

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de conducir el agua que circula por el circuito a través del fluido refrigerante que hay en el evaporador, sin que se produzca contacto entre ellos. El compresor hermético permitirá obtener una baja presión en el evaporador, para que el refrigerante ebulla a una menor temperatura, tomando el calor necesario del agua, reduciendo su temperatura. En el evaporador se forma vapor a baja presión, el cual es conducido al compresor donde incrementará su presión. Una vez aumentada su presión, es conducido al condensador. El condensador es, al igual que el evaporador, un recipiente de vidrio cilíndrico vertical, ajustado por ambos extremos por medio de unas bridas de acero inoxidable con una junta de vitón, que garantizan la correcta estanqueidad del conjunto. En el condensador, el vapor a alta presión procedente del compresor se condensa, transfiriendo el calor liberado por el cambio de estado al agua de refrigeración, que circula por las espiras. El líquido refrigerante a alta presión, situado en la base del condensador, y la válvula flotador reguladora de nivel, actúan como si fuesen una válvula de expansión, cuyo funcionamiento es el siguiente.A medida que el gas refrigerante se condensa, el nivel de líquido refrigerante va subiendo en el condensador, hasta que alcanza un nivel máximo regulado por la válvula flotador. En ese instante, la válvula flotador va dejando pasar parte del líquido al evaporador, para que vuelva a alcanzarse el equilibrio, de tal manera que pase tanto liquido como vapor se está formando. El paso del líquido refrigerante a alta presión caliente a través de la válvula flotador, provoca una expansión del refrigerante y la presión disminuye. La temperatura desciende a valores de la temperatura de saturación a baja presión. Esta caída de temperatura viene acompañada de la formación de vapor y las burbujas de vapor formadas se deben ver a través del cilindro de vidrio transparente. Cuando el líquido a baja presión y el vapor separados entran al evaporador, el líquido se reevapora y el vapor formado se mezcla con los otros vapores, pasando a continuación al compresor.

La instrumentación suministrada con el equipo, permite conocer en cualquier momento la medida de: - La temperatura y presión del fluido (vapor y líquido) refrigerante en el evaporador y el condensador. - La temperatura de los procesos de compresión y expansión. - La temperatura de la entrada y salida de agua de los serpentines del evaporador y condensador. - El caudal de agua entre los dos serpentines. - La temperatura ambiente. Además, el condensador lleva instalado en su parte inferior, una válvula aisladora, que puede cerrarse para la demostración de la técnica utilizada en el mantenimiento de

instalaciones de refrigeración tanto comerciales como industriales, donde toda la carga de refrigerante es recogida y almacenada en el condensador. Esta técnica es importante para demostrar cómo prevenir un posible escape de gas refrigerante durante las operaciones de mantenimiento. Por motivos de seguridad, el refrigerante utilizado tiene una baja presión para una temperatura dada (la presión de vapor a 20 ºC es de 0.64 bar absoluto). Así, la unidad dispone de un presostato de alta presión que apaga el compresor cuando la presión en el condensador alcanza los 2.3 bar. Además, en la parte superior del condensador, el equipo dispone de una válvula de seguridad con escape libre que abre cuando la presión en el condensador supera los 2.4 bar. Para evacuar el aire que pueda ser introducido al sistema durante alguna práctica o carga del refrigerante, basta con tirar hacia arriba del eje de la válvula de seguridad. Finalmente, es conveniente apuntar que durante el funcionamiento normal de equipo, una pequeña cantidad de aceite procedente del compresor se mezcla con el refrigerante y acaba depositándose en la base del evaporador. El aceite, de mayor densidad que el refrigerante, no se evaporará a las presiones alcanzadas por el compresor. Por ello hay una válvula en la parte inferior del evaporador que sirve para retornar el aceite al compresor, para ello basta con abrirla mientras está el compresor arrancado. 3.- MATERIALES Y EQUIPO - Ciclo de Refrigeración Domestico    

Heladera corriente Manómetro (dedicado a indicar la presión alta) Manómetro (dedicado a indicar la presión baja) Mangueras de color rojo, azul y amarillo

- Ciclo de Refrigeración Controlado por Computadora        

Intercambiador de calor Compresor Evaporador Condensador Válvula o tubo capilar. Flujo de agua mediante una manguera de una grifo. Sensores de presión y de flujo volumétrico en todos los puntos indicados. Software utilizado se llama SCADA EDIBON control and data acquisition software.

4.- PROCEDIMIENTO



   

Teniendo un refrigerador domestico que dispone de un compresor de 101 W de potencia, desplaza 800 gr de refrigerante R-134ª colocar 2 vasos de 50 ml de agua y alcohol, colocar en su espacio refrigerado. Luego del conectado tomar lecturas cada 2 minutos hasta el minuto 6 y posteriormente cada 3 minutos tomar datos de la siguiente manera: P1=P4 del manómetro de baja (azul) al igual que la T1=T4. Leer la P2 del manómetro de alta (rojo) al igual que T2. Leer la P3 del manómetro rojo antiguo y la T3 con un pirómetro y finalmente leer las temperaturas del agua el alcohol con 2 termocuplas.

5.- REGISTRO DE DATOS - Refrigerador Domestico t(min) P1(Psi) T1(°C) P2(Psi) T2(°C) P3(Psi) T3(°C) TH2O(°C) TAlcohol(°C)

0

51

13

60

18

45

18

15.8

16

2

15

-8

145

43

135

32.7

14.8

15

4

12

-11

150

45

140

35.1

13.2

14

6

13

-10

150

46

140

36.1

12.1

13

9

15

-9

152

46

145

35.3

8.9

10

12

15

-8

155

46

150

36.2

6.6

8

15

16

-8

156

46

150

35.5

4.5

7

18

16

-8

160

47

153

36.7

2.6

5

21

16

-8

160

47

154

37.1

1.6

4

Densidad del agua = 0,998 gr/cm3 Temperatura del agua = 15.8 ºC Densidad del alcohol = 0,810 gr/cm3 Temperatura del alcohol = 16 ºC Potencia del refrigerador = 101 Watts. Volumen del vaso de precipitado de agua y alcohol = 50ml

- Computer Controlled Refrigeration Cycle Demostration unit (Unidad de Demostración del ciclo de refrigeración, controlada desde computador (PC))

Average Molecular Weight = 184.5 kg/Kmol Glide = 0°C Boiling Point at 1.013 bar = 35.6°C Critical Temperature = 177.6°C Critical Pressure = 28.5 bar Density Liquid (saturated) = 1,365.4 kg/m3 Density Vapour (saturated) = 5.3 kg/m3 Heat of Vaporisation = 129.2 kJ/kg Specific Heat Capacity (Liquid) = 1.21 kJ/kg K Volume Resistivity = 5 108 Ω cm Dielectric Constant = 6.9

6.- CÁLCULOS Y GRÁFICAS -

Calculos Para refrigerador doméstico.

Determinando estados: Para los datos obtenidos con la termocupla: - Condiciones 1: P1 = 26.29 psia Ps = 29.32 psia

T1 = 17.6 ºF P s > P1

Vapor Recalentado

H1 = 169.87 BTU/Lbm S1 = 0.41848 BTU/Lbm-R - Condiciones 2: P2 = 170.29 psia T2 = 116.6 ºF

Ps = 175.93 psia

P s < P2

Liquido Comprimido

H2 = 182.1804 BTU/Lbm S2 = 0.4099 BTU/Lbm-R - Condiciones 3: P3 =164.29 psia Ps = 136.449 psia

T3 = 98.78 ºF P s < P3

Liquido Comprimido

H3 = 108.43056 BTU/Lbm S3 = 0.28114 BTU/Lbm-R - Condiciones 4: P1 = P4 = 26.29 psia P4 Ts=T4

Ts = 9.09174 ºF Mezcla Liq-Vap

H4 = 108.43056 BTU/Lbm S4 = 0.28715 BTU/Lbm-R

Agua Calcular el W del compresor para el manómetro para un tiempo de 18 min. - Balance de materia para el compresor 󰇗 󰇗

󰇗 󰇗

󰇗

- Balance de energía para el compresor Energía cinética = 0, Energía Potencial = 0, Calor ≠ 0, Trabajo ≠ 0; 󰇗

- Calculando el trabajo del compresor

󰇗

󰇗 󰇗

- Calculando la masa

- Calculando el calor 󰇗

- Balance de entropía del compresor 󰇗

- Balance de materia para el evaporador

󰇗

- Balance de energía para el evaporador Energía cinética = 0, Energía Potencial = 0, Calor ≠ 0 - Calculando el calor 󰇗

󰇗

- Calculando el COP de refrigeración:

Calcular el W del compresor para el manómetro para un tiempo de 21 min. - Balance de materia para el compresor

- Balance de energía para el compresor Energía cinética = 0, Energía Potencial = 0, Calor ≠ 0, Trabajo ≠ 0; 󰇗

- Calculando el trabajo del compresor 󰇗 󰇗

󰇗

- Calculando la masa

- Calculando el calor 󰇗

󰇗

- Balance de entropía del compresor 󰇗

- Balance de materia para el evaporador

- Balance de energía para el evaporador Energía cinética = 0, Energía Potencial = 0, Calor ≠ 0, Trabajo = 0;

󰇗

󰇗

- Calculando el calor 󰇗

󰇗

- Calculando el COP de refrigeración:

Alcohol Calcular el W del compresor para la termocupla para un tiempo de 18 min. - Balance de materia para el compresor

- Balance de energía para el compresor Energía cinética = 0, Energía Potencial = 0, Calor ≠ 0, Trabajo ≠ 0; 󰇗 - Calculando el trabajo del compresor 󰇗 󰇗

󰇗

- Calculando la masa

- Calculando el calor 󰇗

󰇗

- Balance de entropía del compresor 󰇗

- Balance de materia para el evaporador

- Balance de energía para el evaporador Energía cinética = 0, Energía Potencial = 0, Calor ≠ 0 󰇗

󰇗

- Calculando el calor 󰇗

󰇗

- Calculando el COP de refrigeración:

Calcular el w del compresor para la termocupla para un tiempo de 21 min. - Balance de materia para el compresor

- Balance de energía para el compresor Energía cinética = 0, Energía Potencial = 0, Calor ≠ 0, Trabajo ≠ 0; 󰇗

- Calculando el trabajo del compresor 󰇗 󰇗

󰇗

- Calculando la masa

- Calculando el calor 󰇗

󰇗

- Balance de entropía del compresor 󰇗

- Balance de materia para el evaporador

- Balance de energía para el evaporador Energía cinética = 0, Energía Potencial = 0, Calor ≠ 0, Trabajo = 0; 󰇗

󰇗

- Calculando el calor 󰇗

- Calculando el COP de refrigeración:

-

Calculo De Temperatura 2 Para Un Ciclo Ideal

Sistema Compresor Ideal Balance de Materia; acumulación = 0 󰇗

󰇗

󰇗

󰇗

󰇗

Balance de Entropía; Q=0,Sgen =0,Acumulacion=0; 󰇗

󰇗 󰇗

- Condiciones 1: P1 = 26.29 psia Ps = 29.32 psia

T1 = 17.6 ºF P s > P1

Vapor Recalentado

H1 = 169.87 BTU/Lbm S1 = 0.41848 BTU/Lbm-R

󰇗

- Condiciones 2: P2 = 170.29 psia S1 = S2 = 0.41848 BTU/Lbm-R

liq,sat=

0.29053 BTU/Lbm-R

Svap,sat= 0,40851 BTU/Lbm-R

Sliq,sat> Svap,sat> S2

Con S2 y P2

leer de vapor recalentado de R-314a

Vapor Recalentado

H2 = 187.15741 BTU/Lbm T2 = 134.41663 ºF

- Condiciones 1: P1 = sp-1 bar T1 = st-8ºF Vapor saturado

- Condiciones 2: Ps = 1.47840 bar

T2 = st-5 ºF

Vapor recalentado

- Condiciones 3: P3 = sp-2 psia T3 = st-6 ºF Liquido Comprimido - Condiciones 4: Ps=0.34192bar

T4 = st-9 ºF

Mezcla Liq-Vap

Propiedades Termodinamicas de ses36 T p rho' rho" v' v" h' h" r s' s" °C bar kg/dm³ kg/m³ dm³/kg dm³/kg kJ/kg kJ/kg kJ/kg kJ/(kgK) kJ/(kgK) 20.00 0.58 1.377 4.55 0.726 219.77 220.28 353.34 133.06 1.0705 1.5244 25.00 0.70 1.365 5.41 0.732 184.97 225.47 357.37 131.90 1.0877 1.5301 30.00 0.83 1.353 6.39 0.739 156.38 230.72 361.43 130.71 1.1047 1.5358 35.00 0.99 1.341 7.53 0.746 132.76 236.03 365.50 129.47 1.1216 1.5417 40.00 1.17 1.328 8.84 0.753 113.17 241.41 369.60 128.18 1.1384 1.5477 45.00 1.38 1.315 10.33 0.760 96.85 246.86 373.71 126.84 1.1551 1.5538 50.00 1.62 1.302 12.02 0.768 83.20 252.38 377.83 125.44 1.1718 1.5600 55.00 1.89 1.289 13.94 0.776 71.73 257.97 381.95 123.98 1.1884 1.5662 60.00 2.20 1.275 16.11 0.784 62.06 263.62 386.08 122.46 1.2049 1.5725 65.00 2.55 1.261 18.56 0.793 53.87 269.34 390.21 120.86 1.2215 1.5789 70.00 2.93 1.247 21.32 0.802 46.91 275.14 394.33 119.20 1.2379 1.5853 75.00 3.36 1.232 24.41 0.811 40.97 281.00 398.45 117.45 1.2543 1.5917 80.00 3.84 1.218 27.86 0.821 35.89 286.93 402.55 115.62 1.2708 1.5982 85.00 4.38 1.203 31.73 0.832 31.52 292.94 406.64 113.71 1.2872 1.6046 90.00 4.96 1.187 36.03 0.842 27.75 299.02 410.72 111.69 1.3035 1.6111 95.00 5.61 1.172 40.83 0.853 24.49 305.19 414.77 109.58 1.3200 1.6176 100.00 6.32 1.156 46.18 0.865 21.65 311.44 418.79 107.34 1.3364 1.6241 105.00 7.09 1.140 52.13 0.877 19.18 317.79 422.78 104.98 1.3529 1.6305 110.00 7.93 1.123 58.75 0.890 17.02 324.25 426.73 102.48 1.3694 1.6369 115.00 8.84 1.107 66.13 0.904 15.12 330.82 430.64 99.82 1.3861 1.6432 120.00 9.83 1.089 74.37 0.918 13.45 337.53 434.49 96.97 1.4028 1.6495 125.00 10.90 1.072 83.60 0.933 11.96 344.38 438.28 93.91 1.4198 1.6556 130.00 12.05 1.054 93.97 0.948 10.64 351.39 441.99 90.60 1.4369 1.6616 135.00 13.30 1.036 105.69 0.965 9.46 358.59 445.60 87.01 1.4543 1.6675 140.00 14.64 1.018 119.04 0.983 8.40 366.00 449.08 83.08 1.4719 1.6730 145.00 16.08 0.998 134.43 1.002 7.44 373.64 452.39 78.75 1.4899 1.6783 150.00 17.62 0.979 152.42 1.022 6.56 381.56 455.48 73.93 1.5083 1.6830 155.00 19.28 0.958 173.91 1.044 5.75 389.77 458.26 68.49 1.5272 1.6872 160.00 21.07 0.935 200.39 1.070 4.99 398.32 460.56 62.25 1.5466 1.6903 165.00 23.00 0.909 234.57 1.101 4.26 407.25 462.15 54.90 1.5666 1.6919 Range wet vapour 170.00 25.07 0.875 280.90 1.143 3.56 416.60 462.66 46.06 1.5873 1.6912

7.- CONCLUSIONES



Se ha podido comprender el funcionamiento de un ciclo de refrigeración, y se ha llegado incluso conocer el funcionamiento de cada equipo que compone el ciclo de refrigeración: o El evaporador es el lugar donde se produce un intercambio térmico entre el refrigerant...