Embed Size (px)
Citation preview
0nq-z
Licenciatura de Ingeniería en Energía
/ C a z r"
J Diseño y Prueba de prácticas para el laboratorio de Procesos
Termodinámicos : Estudio de ciclos invertidos.
J L i e
Alumno :
Matrícula :
Y CI
0, /Asesores:
Victor Hugo Acha Feltes.
88321722 #
M. en C. Juan Manuel Zamora Mata. J Ing . Enrique Lemus Fuentes.
Profesores del Area de Ingenierfa de Recursos Energéticos, Departamento de Ingeniería de Procesos e Hidráulica.
1992
L-.
SUaDi?ErlDEN:!A EXT.233- 232
257 Edificio T ' OFIClNA, PLANTA, LABORATORlO, L O C A L I D A D , ETC....
S E R V I C I ~ ~ ~ j EXISTEIJTE~ ! ~:uM. t FEDEñAC:üN , o
. . P O R L A B O R A L [ 1
c..
* 4
México, D.F., a 27 de Noviembre de 1991.
DR. JOSE LUIS GAZQUEZ MATEOS Director de C.B . I . Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa. P R E S E N T E .
Por la presente nos permitimos someter a su consideración el proyecto do servicio social mominado:
“DiSEf$O Y PRUEBA DE PRACTICAS PARA EL LABORATORIO DE FROCESOS TERMODINAMICOS: ESTUDIO DE CICLOS INVERTIDOS.*>
El proyecto, que se especifica con más detalle en el documento que se anexa, entrará a formar parte del pcograma docente de la licenciatura de Ing. en Energía y est5 organizado en dos etapas cuya duración es de un semestre cada una. se requerirá de dos estudiantes de la Licenciatura de ingeniería en Energla.
Esperando contar con su aprobación y apoyo, quedarnos da usted.
A T E N T A M E N T E
1
PR.OYECT0 DE SERVICIO SCCIAL
.-. ,.
*.*
i-
r-
.. r..
.. .
C."
-.
....
... r.
r2 t í .&
.. Y
El presente proyecto de servicio social lo someten a consideración el profesor Juan Manuel Zamora Mata adscrito al Departamento de Ingenieria de Procesos e Hidráulica de esta Universidad y el Ing. Enrique Lemus Fuentes, estudiante de la maestría en Ingenieria Química que se imparte en esta Universidad.
I. DENWINACION.
"DISENO Y PRUEBA DE DRACTICAS PARA EL LABORATORIO DE PROCESOS TEXI-iODiNANiCOS: ESY iD iO DE CICLOS INVEilTIDOS .
II. JUBTIFICACICN.
El curso de Procesos Termodinámicos que imparte la Universidad AutSnoma Metropolitana-Iztapalapa a estudiantes de las licenciaturas de Ing. en Energía incluye como parte importante, la realización de prácticas de laboratorio. Desgraciadamente, hasta la fecha, no se cuenta con un manual de prácticas de laboratorio para esta U.E.A.. Por esto, es importante que se elabore y pruebe un manual de prácticas que cubra la deficiencia actual en este tipo de experiencias.
111. OBJETIVOS DEL PROYECTO.
OBJETIVO GENERAL:
Desarrollar un conjunto de prácticas de laboratorio sobre el tema de ciclos termodinámicos invertidos como material de apoyo para la U.E.A. Procesos Termodinámicos (clave 212154).
OBJETIVOS PARTICULARES:
Desarrollar y probar prácticas de laboratorio sobre los siguientes temas:
1. Estudio de un ciclo de refrigeración sin regeneración.
2. Estudio de un ciclo de refrigeración con regeneración.
3 . Efecto de la carga térmica y del flujo de agua de enfriamiento
..
sobre el coriipor tainienzo del ciclo de refrigeración sin regeneración.
4 . Efecto de la cargi: térnica y del flujo de aqua de enfriamiento sobre eS comportamiento del ciclo de refrigeracidn con regencr ición.
5. Estudio de un ciclo invertido funcionando corno bomba de calor.
6 . Estudio del proceso Ze compresión de un vapor.
7 . Estudio del proceso de condensación de un vapor.
IV. LUGAR DE REALIZACION.
El presente proyecto se realizará dentro de las instalaciones del Area de Ingenieria de Recursos Energéticos del Departamento de Ingeniería de Procesos e HidrPulica (laboratorio T-257).
V. DVBACION Y ETAPAB.
El proyecto está pensado para concluirse en un año y se realizará en dos etapas semestrales.
VI. LICENCIATURAS QUE COMPRENDE.
Licenciatura de ingeniería en Energla.
VII. bmMER0 DE PARTICIPANTEB.
Dos estudiantes de la licenciatura mencionada, una para cada etapa del proyecto.
VIII. RECURSOS NECEBARIOS.
1. Servicios de documentación y fotocopiado.
2. 10 Disketts de 3 . 5 in. de alta üensidad o su equivalente.
3 . Servicios del centro de cdmputo de la UAM-Iztapalapa (computadoras personales).
4 . ESpaCiO Eícico para el trabajo dc escritorio de los czstudiantes que participen en el proyecto.
SX. ASESORES RESPONSABLES.
M.I.Q. Juan Manuel Zamora Nata (No. empleado 15792). Ing. Enrique Lemus Fuentes.
Area de Ingeniería en Recursos Energéticos, Departamento de Ing. de Procesos e Hidraulica, Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa.
1. Durante la primera etapa: c- i t ro horas diarias dursnte seis meces hasta cubrir un total de 480 horas.
2 . Durante la segunda etapa: cuatro horas diarias durante seis meses hasta cubrir un total de 480 horas.
X I . CRITERIOS DE EVALUACION.
1. Entregn de prácticas de laboratorio debidamente probadas y reportadas.
, ,, ._. .,p ..,_.,-_ -...-i ,,_l___,~,~_._,.l,_.I_". I ". ..-.. .*
IWl I I U J H U L I L . K ~ i i ~ t i L i U N
Casa abierta al Iiempo SERVICIO SOCIAL N l V l ( ( S I D A D A I J - O F I O M A M f T H O P O L l T A N A
I Z T A P A L P P A E X P E D I C N T C ___ DIRE(.CI'ON U E C . U . I ,
Acha - Fe1 tes Victor Hugo - A P E L L I D O M A T E R N O N O M B R E ( S ) A P E L L I D O P A T E R N O
A T R I C U L A 88321722 T E L E F O N 0 665-23-40
A R R E R A C L A V E 12 . , ingenier ía - en Energía
C L A V E , REA D E C O N C E N T R A C I O N
,J N ST I TUC I O N R E s P O N S A B L E DEL s E R V I c I o s o c I AL : Univ.AutÓnma Metropol i tana-lztapalapa. DE P E I< D E N C I A
K E N O H
..."
.-
L I oAv.Hichoacán y La Purísima, Col .Vicentina, Iztapalapa, D . F . , C.P. 09340
NACION Diseño y Prueba de prácticas para e l laboratorio de Procesos Termodinámicos :
Estudio de Ciclos Invertidos.
FECHA F I N A L O5 : lo :92 - F E C H A I N I C I A L O 5 : 12 : 91 -
Casa abiecta al twnpa
UNlVEMlDAD AUTONOMA METROPOLITANA
CONSTANCIA D E SERVICIO SOCIAL SS-CB I- 2 14 f 9 2
A QUIEN CORRESPONDA:
Me permito hacer c o n s t a r e l / l a a lumno( a ) - ACHA PELTES VICTOR KG0 ___ con matrícula ~ 2 1 ~ 2 a _ - - - - _ _ i n s c r i t o (a) en la Licenciatura en --_------------i----__---____-i---____, INGENIERIA EN ENERGIA área de concentración
ha concluido satisfactoriamente su SERVICIO SOCIAL, requerido dentro del Plan de Estudios.
_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ - - - -
A solicitud de ellla interesado (a) y para los fines que estime convenientes, se extiende la presente, en la Ciudad de México, Distrito Federal a los
-VEINTINUEVE días del mes de OCTUBRE de mil novecientos NOVENTA Y DOS
AAA*MAVS*W.
UMIDAD IAAPALAPA Av Michoacan y La Purisinia. Col Viceniiiia. Ittapalapa. 0 F C P. 09340. Tel.: 68603.22 TELLFAX: (5 ) 686-89-99 TELEX UAMML 176496
Contenido
Primera Parte : Informe final del Servicio Social.
Segunda Parte : Prácticas diseñadas durante este Servicio.
- Práctica A-1 : Sistemas de Refrigeración, "Ciclo Simple de Refrigeración".
-
- Práctica A-2 : Sistemas de Refrigeración, "Ciclo de Refrigeración con Regeneramiento"
Tercera Parte : Material de apoyo para el Instructor.
- Práctica B-1 : Sistemas de Refrigeración, "Ciclo Simple de Refrigeración".
- Práctica B-2 : Sistemas de Refrigeración, "Ciclo de Refrigeración con Regeneramiento",
Páginas
O a 7
A
Al-O a Al-14. :., . ..Ab>.
B 4
B1-0 a BI-9
B2-0 a B2- 1 O
Primera Parte :
"Informe Final del Servicio Social"
~
....
i
I;
r-
C.
.. . I-
Nombre :
Matrícula :
Licenciatura :
Teléfono :
I.- DATOB QBt4gRALES.
ACHA FELTES, VICTOR HUGO.
88321722.
Ingeniería en Energía.
665-23-40.
11.- LUüAR Y PERIODO DE REALIXACIOLI.
El presente proyecto fue realizado, dentro de las instalaciones del Area de Ingeniería de Recursos EnergQticos del Departamento de Ingeniería de Procesos e Hidráulica (laboratorio T- 257) .
inicio : 05/12/91.
Terminacibn : 05/10/92.
Unidad :
División :
Licenciatura :
Iztapalapa.
Ciencias Básicas e Ingeniería.
Ingenierla en Energla. 4
" DICERO Y PRUEBA DE PRACTICAS PARA EL LABORATORIO DE PROCESOS TERXüDINAMICOC : ESTUDIO DE CICLOS INVERTIDOS l1.
V.- A8ESORES REBPON8ABLES.
M.I.Q. Juan Manuel Zamora Mata (No. empleado 15792).
Ing. Enrique Lemus Fuentes.
Area de Ingeniería en Recursos Energéticos, Departamento de Ingeniería de Procesos e Hidráulica, Universidad Autónoma Metropolitana.
VI.- SNTRODUCCION.
Actualmente, la licenciatura de Ingeniería en Energía requiere que los alumnos cuenten con material de apoyo, sobre todo en lo que respecta a temas de termodinámica, la cual es parte de la base de la formación científica del Ingeniero en Energía. De aquí, 13 iniciativa de elaborar un manual de prácticas.
La formación del ingeniero, como es sabido, se complementa en gran medida por la realización de prácticas sobre lo aprendido teóricamente. En el área se cuenta con una Unidad de Refrigeración Experimental, la cual, como su nombre lo indica, esta disenada especialmente para fines didácticos; por lo que pensando en ello, con este servicio se pretende cubrir la necesidad de un manual de prácticas de laboratorio para la licenciatura de Ingeniería en Energía.
VI1.- OBJRIVOS DEL PILOYBCTO. 4
OBJCTI VO GENERAL :
Desarrollar un conjunto de prácticas de laboratorio la cual está planteada en dos etapas semestrales sobre el tema de ciclos termodinámicos invertid.os como material de apoyo para la U.E.A. Procesos Termodinámicos (clave 212154).
OBJETI vos PAR TXCULAREC ,:
Desarrollar y probar prácticas de laboratorio sobre los
1.- Estudio de un ciclo de refrigeración sin regeneramiento.
2.- Estudio de un ciclo de refrigeración con regeneramiento.
siguientes temas :
2
3 . - Efecto de la carga térmica y del flujo de agua de enfriamiento sobre el comportamiento del ciclo de refrigeración sin regeneración.
4 . - Efecto de la carga térmica y del flujo del agua de enfriamiento sobre el comportamiento del ciclo de refrigeración con regeneración.
V I I 1 . - XBTOWLOQIA üTILI2ADA.
Para la elaboración de las prácticas, primeramente se estudiaron los manuales de operación de la unidad de refrigeración, y se recurrió a una recopilación bibliográfica, con la finalidad de desarrollar de la manera más sencilla posible, cada uno de los temas seleccionados desde el punto de vista didáctico.
Para su reporte, 8e requirió de la implementación y manejo de tablas y grdficas termodinámicas características del refrigerante R-12 utilizado en la unidad.
1.- Se estudiaron los ciclos de refrigeración, para luego poder desarrollar los temas escogidos (durante el transcurso del servicio).
2.- En primer lugar se procedió a realizar la instalación hidráulica de la unidad de refrigeración nHilton9t, se comenzó por inspeccionar las partes ya existentes de la instalación,hara así determinar cuales requerían ser cambiadas o en su caso reparadas; el cual consiste en un tanque que sirve de sumidero al sistema, con el fin de evitar el desperdicio excesivo de agua de condensación, una bomba piara alimentar la unidad, así como válvulas de seguridad (dos semanas).
3 . - Se determinó el rango de operación de la unidad (presión de evaporación y de condensación) en las condiciones las cuales se utilizaría (ciclo simple y con regeneramiento), (dos semanas).
4.- Fueron tomadas diferentes lecturas bajo condiciones diversas (variando los parámetros, tales como gasto de agua y calor disipado por l a resistencia en el evaporador) , dentro del rango que se determind (cuatro semanas).
5.- Una vez recopiladas las lecturas, se escogieron cual de todas desarrollar, teniendose en Cuenta para ello, que los datos
3
..
c-
..I
*-.
... P-.
e..
obtenidos describan un comportamiento que permitiera apreciar de mejor manera el ciclo analizado (una semana).
6. - Se diseñó una práctica bajo el tema de “C:clo Simple de Refrigeraciónll , de estructura estandar la cual incluye, antecedentes teóricos, objetivos, materiales y aparatos utilizados, procedimientos experimentales, y una lista de puntos que servirán al estudiante para la elaboración de su reporte (dos neses).
7.- Se realizó la práctica del Ciclo Simple de Refrigeración y con base a los datos recopilados se hicieron los cálculos requeridos por el desarrollo de la práctica; una vez obtenido los resultados se elaboró un reporte que servirá de material de apoyo para el instructor (un mes).
8.- Se diseñó una práctica bajo el tema de QICiclo de Refrigeración con regeneramientoll, de estructura estandar la cual incluye, antecedentes teóricos, objetivos, materiales y aparatos utilizados, procedimientos experimentales, y una lista de puntos que servirán al estudiante para la elaboración de su reporte (dos meses).
9 . - Se realizó la práctica del Ciclo de Refrigeración con Receneramiento y con base a los datos recopilados se hicieron los cálculos requeridos por e: desarrollo de la práctica; una vez obtenido los resultados se elaboró un reporte que servirá de material de apoyo para el instructor (un mes).
x.- OBJLTIVOB Y Mmaa ALW8ADoS.
Durante la ejecución de este Servicio Social se diseflaron dos prácticas de laboratorio sobre ciclos termodinámicos invertidos. Se pretende que estas dos prácticas pasen a integrar en udmediano plazo el Manual de Prácticas Experimentales para el laboratorio del curso de Procesos Termidinámicos.
Si consideraxnos que el objetivo principal del proyecto planteado, el cual consiste en la elaboración de un Manual de Prdcticas, se puede decir que el alcance de este Servicio Social es de aproximadamente un 4 0 &.
XI.- REBwLTaDoa Y coIIcLu~Ioms.
Como se mencionó anteriormente durante la ejecución de este Servicio Social se logró diseñar dos prácticas con el tema de los ciclos invertidos, cada una de ellas dirigidas al estudiante de la
4
c.
P
licenciatura; así como también, se desarrolló un material que sevirá de apoyo para el instructor encargado de impartir las mismas.
Cabe destacar l a importancia de fomentar la investigación y sobre todo la formación del Ingeniero en Energía, para que sea capaz de desarrollar artlculos y trabajos en general; se espera que las prácticas que se adjuntan a este documento sirva de impulso para la posterior realización de este tipo de trabajos por parte de . los estudiantes que se encuentran estudiando actualmente.
Este Servicio Social, a su vez, refleja cuan comrin resultan ser los diferentes procesos termodinámicos en nuestras vidas cotidianas y que tan importante es el conocerlos y manejarlos para de esta manera obtener de ellos los mejores resultados posibles.
X11.- RBCOblENDACIONES.
Se recomienda dar mantenimiento a la Unidad de Refrigeración Experimental, en general revisar el sistema de refrigerante, debido a la posible contaminación y fuga del R-12. A s i como también llevar a cabo una revisibn y de ser necesaria una calibración de los diferentes termopares con los que cuenta esta unidad.
Tambien se recomienda exista continuidad en este trabajo sobre la unidad de refrigeracibn, por lo que sería conveniente contar con alumnos de servicio sacia1 que tengan la finalidad de mantener en buenas condiciones, y a su vez, al final poder contar con un manual de practicas para esta unidad.
XII1.- B I B L I ~ I A .
1.- L U DS CALOR. Roger Dumon, Gérard Chrysostome. Editorial TORAY-MASSON, S.A. Primera impresibn (1981) Capítulo 3 .
2 . - TERJCODILIMLICA. Xeneth Wark. Editorial McGRAW-HILL Quinta impresión (1990) Capítulo 18.
5
! i...
.- !
3.- P-ü DE AIRE ACONDICIONADO Y REPRIGERACION. Eduardo Hernández Goribar. Editorial LIMUSA. Segunda impresión ( 1975 ) Capítulo 9.
4.- PRINCIPIO8 DE Z(EPI(1QBIIACION. Roy J. Dossat Editorial CECSA Séptima impresión (1988) Capítulo 5.
5.- DIAiQRANAS T-8 Y P-h. Published by P . A . HILTON LTD. King's Somborne. Hants. England.
6
...
RICULA : 88321722.
ASESOR INTÉRNO.
9eSLfl Z.UY& IP ING. TRISTAN ESPARZA ICUNZA.
COORDINADOR DE LA LICENCIATURA DE INGENIERIA EN ENEFtGIA.
7
Segunda Parte :
"Prácticas diseñadas durante este Servicio"
--. . ., ., . . ~. ~. , .,.I_,_ -4, ....
LAüORA!lWRIO DE MAQLJINAS TERUXCAS Y PROCESOS TE!WODINJUiICOS
PRACTICA NO. A - 1
SISTEMAS DE RBFRIGBRACION
CICIA SIMPLE DE REFRIGERACION
(primera versión : Julio de 1992) (última versión : Septiembre de 1992)
J.H. Xamora U., B. Lesus F. y V.H. Acha F.
DEPARP4WZHltl DB I N W I E R i A DB PRocBsoS E HIDRAULICA V H V X R S ~ MEFROPOUTMA - IgTAPALAPA AV. HIClR2ACW Y LA HlñIsIEu, COL. VICENTINA
C.P. 09340 - mIC0, D.F.
I ANTECEDENTES TEORICOS
I . l . - Introduccibn a la Refrigeración.
Se llama refrigeración a aquella actividad que tiene coma propósito el reducir y mantener la temperatura de un sistema dado, por debajo de la de sus alrededores.
La estrategia de refrigeración por compresibn se muestra en la figura 1. Para una mejor comprensión, este proceso es dividido en tres sistemas :
a) El sistema a refrigerar. b) El sistema de refrigeración. c) El sumidero.
a) El sistema a refriaerar : Está constituido por la materia
b) El sistema de refriaeracibn : Se encuentra conformado por
contenida en el espacio del cual se desea extraer calor.
cuatro elementos básicos y un fluido refrigerante :
- El fluido refrigerante, o de trabajo, se encarga de acarrear el calor desde la región que se desea refrigerar hasta el sumidero, A él se le asocia, el efecto refrigerante, que es la cantidad de calor que cada unidad de masa de refrigerante extrae del espacio refrigerado.
- Un evaporador (intercambiador de calor), en general una superficie de estructura tubular, y a través del cual el fluido refrigerante extrae calor del espacio a refrigerar.
- El compresor, es el equipo que ae encarga de elevar la presión del fluido de trabajo a una presión tal, que se hace posible el intercambio de calor del refrigerant4 con el sumidero; la conpresión se efectúa en forma rápida, estando el vapor en contacto con las paredes del compresor por muy poco tiempo, debido a &to y a que el diferencial promedio de la temperatura entre el vapor de refrigerante y la pared del cilindro es relativamente pequeña, se desprecia el flujo de calor en este equipo, por lo que se considera que la compresión es adiabática.
- Un condensador (intercambiador de calor), en general una superficie de estructura tubular, hace las veces de licuador, donde el fluido de trabajo desecha todo el calor que tomb por su paso por el evaporador y la potencia suministrada por el compresor, para así llegar al estado de liquido; de esta manera el mismo fluido es utilizado en el ciclo, eliminando la necesidad de suministrar refrigerante %uevo" al sistema.
Al-]
- Una válvula de expansión, la cual tiene por objetivo : i) controlar la cantidad de refrigerante líquido que va hacia el evaporador, con una rapidez que sea proporcional a la que está ocurriendo la evaporación en esta última unidad; y ,
ii) servir como control para mantener un diferencial de presión entre los lados de alta y baja presión del sistema, a fin de permitir vaporizar el refrigerante a las condiciones de baja presión deseadas en el evaporador y al mismo tiempo efectuar la condensación a alta presión como se requiere en el condensador.
c) El sumidero : A fin de condensar el vapor refrigerante y llevarlo al estado líquido, se requiere le sea extraído el calor latente haciéndolo fluir hacia otro cuerpo. El material empleado para realizar la condensación del refrigerante, recibe el nombre de medio condensante ó sumidero.
I.2.- E1 Ciclo Ideal de Refrigeración.
Este ciclo consta de cuatro etapas, las cuales se muestran en las figuras 2 y 3 .
Etapa (1-2) Compresión isoantr6pica del fluido refrigerante, la temperatura del fluido refrigerante aumenta desde la temperatura de evaporación (Tl), a la temperatura de inicio de condensación del vapor (T2). Esta etapa corresponde al paso del refrigerante a través del compresor.
Etapa (2-3) Condensación isabárica, se libera calor al sumidero. En esta etapa, a través del condensador , el medio
Etapa (3-4) Expansi& isoaatálpica, la presión del fluido de trabajo disminuye desde la presión de condensación (Pco a la presión de evaporación (PEVap. . Esta etapa corresponde a9 paso del refrigerante a través de la vklvula de expansión.
Etapa (4-1) Evaporación isobbrica, se extrae calor del espacio que se desea refrigerar. En esta etapa, el €luido refrigerante recibe calor latente a través del evaporador.
condensante extrae calor al fluido refrigerante. 4
Sobre el medio que extrae calor del espacio que se desea refrigerar (fluido refrigerante) se aplicará potencia durante la compresión.
En la figura 2 (diagrama T-c), el calor liberado por el sistema, está dado por la diferencia de entalplas, a la entrada del
Al-2
condensador y a la salida del mismo, es decir : ( h 2 - h 3 ) . Mientras que el calor extraído del sistema a refrigerar, por el refrigerante, es la diferencia de la entalpía a la salida del evaporador y la de entrada al mismo, o sea : (hl-h4);
I .3 . - Ciclos Reales de Refrigeraci6n.
El ciclo ya real, difiere del ciclo ideal, debido a diversas irreversibilidades, las cuales consiguen reducir considerablemente el rendimiento global de las instalaciones de refrigeración, éstas se deben a la imposibilidad de poder contar, por ejemplo, con tuberías en las cuales las pérdidas de presión sean nulas por los efectos de fricción. También existen rozamientos e intercambios de calor a traves de las paredes del compresor, etc. A continuación se presentan de manera más detallada los diferentes efectos debidos a las irreversibilidades :
a.- El efecto de sobrecalentamiento en la succión del compresor.
Si se observa la figura 4 , en el ciclo ideal, se supone que el vapor entra al compresor como vapor saturado y seco (punto 1) , pero en realidad, después que el liquido se evapora- completamente, el vapor permanece absorbiendo calor y sobrecalsuztánüose antes de entrar al compresor (punto ll).
Las consecuencias de ésta irreversibilidad son las siguientes:
- Mayor consumo de potencia en la etapa de compresión. - Se necesita un desplazamiento volumétrico mayor del pistón para éste ciclo. - Mayor temperatura en la descarga del compresor. - Se libera mas calor en el condensador. 4
b.- Efecto de subenirianiento del líquido a l a salida del
Después de pasar el fluido refrigerante por el condensador (figura 5 ) , en un ciclo real, el refrigerante líquido no sale saturado como se supone en un ciclo ideal (punto 3 ) , sino que existe un subenfriamiento (punto 3 1 ) .
Cuando el líquido es subenfriado, se obtiene un aumento en el efecto de refrigeración, ésto permite usar un menor flujo másico de refrigerante. Dicho efecto ocurre en varios lugares y de varias maneras, en el tanque donde se almacena el refrigerante, en las tuber-ías, y como se vio, en el condensador.
condensador.
!
Al-3
c.- Efecto de l a s pérdidas de presión.
Como se puede ver en la figura 6, durante el recorrido del fluido refrigerante, en estado de vapor o líquido, a través de las diferentes secciones de tuberías, éste sufre caídas de presión debidas a la fricción que presentan a su paso dichas secciones.
Cabe mencionar que el compresor, en realidad, emplea mayor potencia que la necesaria en la compresión adiabática.
Todo ésto, debido a irreversibilidades tales como, caídas de presión en las válvulas del compresor, los efectos de las paredes, la expansión en el espacio muerto, las fugas en los segmentos, etc.[l]. También ocurren rozamientos de partes móviles del compresor, como son, pistón, ejes, partes rotativas, etc. Todo ésto, hace que en la etapa de compresión de un ciclo real ocurra un proceso politrópico y no uno isoentrópico como se tenía en el ciclo ideal.
11 OBJETlVOS
Con la realización de esta práctica se-pretende, que el estudiante, se familiarice con cada uno de los procesos que constituyen un ciclo de refrigeración básico por compresión mecánica, para ésto se cuenta con una unidad experimental de refrigeración (figura 8 ) .
Los dos objetivos principales dle esta práctica, son :
1.- Determinar las propiedades termodinámicas de las corrientes del ciclo analizado, mediante el uso de tablas 6 gráficas P-h y T-s, propias del refrigerante utilizado, siendo en éste caso By Freón 12 (R-12).
2.- Con base a la información obtenida hacer un análisis temodin8mico (diagrams P vs h, T vs 8 ) del ciclo, y deducir las características más importantes del mismo (COP, efecto refrigerante, calor extraído, etc.).
A l -4
-. -”
rIx APARILI’OS Y UATERIAL NECESARIO
Unidad de Laboratorio de Refrigeración. Serie NQ 7107582 P.A. Hilton LTD. Engineers. King’s Somborne. Hants. .England. Ubicada en el Laboratorio T-257. Figura 8
Es muy importante que al llevar a cabo esta práctica se tengan muy en cuenta los procedimientos que se enlistan a continuación con el propósito de proteger el buen estado de la Unidad de Refrigeración Experimental (URE) ;
1.- Estudiar la figura 8.
2.- Colocar la válvula de by pass, en posición abierta.
3 . - Observar que todas las válvulas de agua se encuentren abiertas, antes de realizar cualquier operación.
4.- Que la bomba del agua, se encuentre operando.
5. - Antes de encender la URE, con ayuda de la figura 8, constatar que el rotámetro del agua se encuentre abierto, así como también, que el potenciómetro este en ceros (estas últimas medidas se realizan con el fin de evitar sean disparados los interruptores de emergencia tanto del evaporador, como del condensador).
6.- Establecer en el rotámetro del agua un gasto de10 gfs.
7.- Fijar el potenciómetro para un valor de voltaje de 7 0 Volt.
8 . - Fijados ambos parámetros se recomienda al estudiante esperar aproximadamente una hora y media, con el propósito de que la unidad llegue hasta el estado estacionario; entendiéndose p r estado estacionario, a aquel, cuando las presiones de evaporación y condensación, permanecen constantes.
9.- Ya alcanzado dicho estado se puede comenzar a recopilar todos los datos que proporcionan los diferentes aparatos de medicibn con que cuenta la URB.
10.- Enlistar :
a) La corriente (I), correspondiente al voltaje aplicado.
Al-5
I-- L. - ~ . . . . .. . . .... .
b) El flujo másico de R-12, para las condiciones dadas.
c) Las presiones de evaporación y condensación.
d) Las temperaturas para los diferentes estados.
Además de la información recopilada de los instrumentos de medición de la URE;
1. - Utilice los diagramas T-s y P-h del refrigerante R-12 [ 51, para así, determinar las propiedades de refrigerante en todos los puntos del ciclo.
2 . - Grafique en los diagramas T-s y P-h el ciclo obtenido, compárelo con los diagramas de comportamiento del ciclo de refrigeración, y exponga sus opiniones respecto a las diferencias, si es que existen.
3.- Investigue las características de los fluidos refrigerantes más utilizados.
4.- Obtenga el coeficiente de operación (COP) para la unidad y compárelo con el valor del COP basado en el ciclo de Carnot.
-
Al-6
_I_-- I - ----
i
VI REFEREh'CIAS
[I] LAS 80118A8 DE CALOR. Roger Dumon, Gérard Chrysostome. Editorial TORAY-MASSON, S.A. Primera impresión (1981) Capítulo 3.
[ 2 ] T B W O D I W I C A . Keneth Wark. Editorial McGRAW-HILL Quinta impresión (1990) Capítulo 18.
[3] ? W ü A " o B DE AIRE ACOloDICIoruW Y R E P R I Q E ~ C I O N . Eduardo Hernandez Goribar. Editorial LIMUSA. Segunda impresión (1975) Capítulo 9.
[ 4 ] PRIl lCIPI08 Dg WILIQILIUCIOSI. - Roy J. Dossat Editorial CECSA Séptima impresión (1988) Capítulo 5.
151 DIAQIWBB T-m Y P-h. Published by P.A. HILTON LTD. King's Somborne. Hants. England.
Al-7
1
1 . -.
I I
I
- - . J
FIGURA 2
(Reproducido ae L2J)
FIGURA 3
(Reproducido de [ Z J )
i
~ 1 - 8
- .....
r-
_-. r.
... r.
-.
1: I:: ~
I: I: I I IC
I I I
FIGURA 4
(Reproducido de [3])
--
h
FIWRB 5
(Reproducido de [3])
A l -9
^Z ...
' t / 2"
I c h
FIGURA 6 (Reproducido de [3J j
P
FIWRA 7 Ciclo real comparado con el ciclo teórico (ideal).
(Reproducido de [3J)
A130
APENDICE
Resulta importante hacer notar que, de la misma manera que el rendimiento, en el estudio de las máquinas térmicas, sirve para caracterizar la economla del funcionamiento de la máquina, se introduce en los procesos de refrigeración la noción de Coe f i c i en t e de operación 6 funcionamiento (COP) , que es como el rendimiento, el cociente entre lo producido y consumido.
Así, se define el COP de un sistema de refrigeración [l], como :
Q COP = - W
donde ; Q =
W = potencia consumida por el compresor.
El coeficiente de operación (COP) podrá variar según que el
velocidad de extracción de calor del espacio a refrigerar.
denominador W fuera : - - La potencia neta aplicada sobre el fluido para su compresión (potencia indicada por el compresor).
- Potencia en el acoplamiento del compresor (potencia efectiva del compresor).
- La energía eléctrica suministrada del motor del compresor, el cual, generalmente es un motor ei6ctrico.
4 Según el principio de Carnot, todos los valores de COP son
inferiores a copCarnot que suministraria una instalación perfecta, funcionando según el ciclo de Carnot entre dos temperaturas T y To, CO~Q se observa en la figura 9;
El cociente (COP J COPcarnot) es el rendimiento referido al cic 3 de Carnot, o lo que a veces se llama rendimiento económico. Caracteriza la perfección de la instalación desde el punto de vista considerado para obtener el calor (Q) deseado, situado en el numerador.
Al-I2
r.
I
r *
S
FIGURA 9
(Reproducido de [l])
Al-14
c..
!
Es importante también mencionar que, la capacidad de c ,ilquier sistema de refrigeración, se mide en función de la veloci d a la cual se puede efectuar la extracción de calor del esdacio a refrigerar. Esta a su vez depende de dos factores :
La masa del refrigerante que fluye por unidad de tiempo; y ,
El efecto refrigerante.
Al-13
UBORA!¿'Oh!IO DE MAQUIMAS TBRNICAS Y PROCESOS TERMODINAMICOS
PRACTICA NO. A - 2
SISTBblAS DE RXPRIGBIMCIOIY
C ICU ) DE RSFRIGBRACION C M R E G B R ~ I B N l ' O
(primera versión : Julio de 1992) (última versión : Septiembre de 1992)
J.H. % B r a N., E. Lemas F. y V.H. Acha F.
I ANTECEDENTES TEORICOS
1.1.- E1 Ciclo de Refrigeración con Regeneramiento.
Un efecto muy importante en la refrigeración es el de subenfriado del líquido refrigerante antes de que éste llegue a la válvula de expansión, el propósito directo de llevar a cabo dicho proceso es el de incrementar el efecto refrigerante por unidad de masa.
Uno de l o s tantos métodos aplicados para subenfriar el líquido consiste en instalar un intercambiador de calor entre el líquido refrigerante que sale del condensador y el vapor frío que sale del evaporador, figura 1, antes de que este último entre al compresor. En este intercambiador, el vapor frio es pasado a través del mismo a contra flujo, para que el líquido refrigerante caliente recien condensado que fluye a través de la tubería, pase hasta la válvula de extrangulación y de control del refrigerante.
Al fluir a través del intercambiador de calor el vapor frío absorbe calor del líquido caliente, de tal manera que el líquido es subenfriado y el vapor sobrecalentado, y debido a que el calor absorbido por el vapor que lo sobrecalienta, es tomado del líquido, el calor que disminuye en el líquido en cantidad, es igual al calor tomado por el vapor.
En el diagrama P-h de la figura 2 , se muestra un ciclo saturado simple, con otro en el cual se utiliza intercambiador de calor. El ciclo saturado representan los puntos 1, 2 , 3 , 4; y el ciclo que utiliza intercambiador de calor it, 2 l , 3 # , 4 ' .
El calor absorbido por kg de vapor en el intercambiador de calor esta dado:
Y como se dijo anteriormente el calor cedido por el líquido en el cambiador de calor para subenfriarse es exactamente igual al calor absorbido por el vapor para sobrecalentarse. Por lo tanto:
h,- h3, = hli- hl
El efecto refrigerante por kg para este ciclo es:
ER z. h1r h,i
A2-1
- . ~
'1
.
La potencia suministrada en el proceso de compresión por kg para el mismo es:
Pc-= h2r h,,
Por lo tanto, el COP(coeficiente de operación) es:
hli- h,i hZi- hli COP =
Dependiendo de cada caso en particular el valor de este coeficiente de rendimiento en un ciclo con intercambiador de calor, podrá ser mayor, menor o igual que un ciclo saturado operando entre los mismos limites de presión.
Con base a ésto, se puede ver que las ventajas del subenfriamiento al utilizar intercambiador de calor se compensa con la desventaja del sobrecalentamiento, por lo que su utilización no tiene una justificación teórica desde el punto de vista de aumento de la capacidad y eficiencia del sistema.
Sin embargo, ya que prácticamente no es posible un sistema de refrigeración basado en un ciclo simple saturado, esto no representa una apreciación real-práctico en la operación de un ciclo con intercambiador de calor.
Teniendo en cuenta que es imposible el evitar el sobrecalentamiento del vapor de la succión en un ciclo real, usando o no un intercambiador de calor vale la pena utilizar cualquier medio práctico para aprovechar el enfriamiento del vapor que se tiene en estado de sobrecalentamiento.
De ahí, la importancia de contar con un regenerador, radica en que al subenfriar el líquido que sale del condensador, esto permite aumentar el efecto refrigerante, a la vez esto a costa de sobrecalentar el vapor que sale del evaporador, asegurando de esta manera un contenido nulo de humedad en el mismo y así contar con una mayor seguridad de operación para el compresor.
La cantidad máxima de calor que podrá transferirse en el intercambiador de calor intermedio entre el líquido y el vapor, depende de las temperaturas inicial del líquido y del vapor que se tienen en la entrada del intercambiador, del área del mismo y del tiempo que estarán en contacto, como sabemos a mayor diferencia de temperatura, así como, mayor tiempo de contacto, más grande será el intercambio de calor.
- r
A2-2
11 OaTarNOS
Con esta práctica se busca que el estudiante observe y analice los efectos que produce la inclusión de un regenerador, el cual se muestra en la figura 1, en un ciclo invertido similar al analizado en la práctica A-1.
Los dos objetivos principales de esta práctica, son :
1.- Determinar las propiedades termodinámicas de las corrientes del ciclo analizado.
2. - Con base a la información obtenida hacer un análisis termodinámico (diagramas P-h, T-s) del ciclo, y deducir las características del mismo (COP, calor extraído, potencia suministrada por el compresor al fluido, etc.);
3.- Enter los ciclos con y sin regeneramiento, hacer un análisis comparativo.
111 APAR3!iYX Y WBRiAL NBCBSAIUO
Unidad de Laboratorio de Refrigeración. Serie NQ 7107502 P.A. Hilton LTD. Engineers. King's Somborne. Hants. England. Ubicada en el Laboratorio T-257. Figura 3.
Es muy importante que al llevar a cabo esta práctica se tengan muy en cuenta los procedimientos que se enlistan a continuación con el propósito de proteger el buen estado de la Unidad de Ref'rigeración Experimental (URE);
1.- Estudiar la figura 3.
2.- Colocar la válvula de by pass, en posición cerrada.
3.- Observar que todas las válvulas de agua se encuentren
4.- Que la bomba del agua, esté funcionando.
5.- Antes de encender la URE, con ayuda de la figura 3,
abiertas, antes de realizar cualquier operación.
A2-3
constatar que el rotámetro del agua se encuentre abierto, así como también, que el potenciómetro este en ceros (estas últimas medidas se realizan con el fin de evitar sean disparados los interruptores de emergencia tanto del evaporador, como del condensador).
6.- Establecer en el rotámetro del agua un gasto de 20 91s.
7.- Fijar el potenciómetro para un valor de voltaje de 70
8.- Fijados ambos parámetros se recomienda al estudiante esperar aproximadamente una hora y media, con el propósito de que la unidad llegue hasta el estado estacionario; entendiéndose por estado estacionario, a aquel, cuando las presiones de evaporación y condensación, permanecen constantes.
9.- Ya alcanzado dicho estado se puede comenzar a recopilar todos los datos que proporcionan los diferentes aparatos de medición con que cuenta l a URE.
Volt.
10.- Enlistar :
a) La corriente (I), correspondiente al voltaje aplicado.
b) El flujo másico de R-12, para las condiciones dadas.
c) Las presiones de evaporación y condensación.
d) Las temperaturas para los diferentes estados.
Además de la información recopilada de los instrus&ntos de medición de la URE;
1.- Utilice los diagramas T-s y P-h del refrigerante R-12 151, para así, determinar las propiedades de refrigerante en todos los puntos del ciclo.
2. - Grafique en los diagramas T-s y P-h el ciclo obtenido, compárelo con los üiagraaias de comportamiento del ciclo de refrigeración, y exponga sus opiniones respecto a las diferencias, si es que existen.,
3.- Obtenga el coeficiente de operación (COP) para la unidad y compárelo con el valor del COP basado en el ciclo de Carnot.
4. - Para llevar a cabo la comparación con el ciclo sin regeneramiento, considere principalmente los cálculos tanto de calor extraído del evaporador y potencia requerida del compresor.
h
h
P a k
A2-6
I¡
A2-7
+-
A2-7
.-
- _. ___--_--- .a_..--
I
VI REFERENCIAS
[l] LAS BollBAB DE CALOR. Roger Dumon, Gerard Chrysostome. Editorial TORAY-HASSON, S.A. Primera impresión (1981) Capítulo 3.
[ 2 ] T B R M O D I W I C A . Keneth 1:Jrk. Editorial McGRAW-HILL Quinta impresión (1990) Capítulo 18.
PmJDuLBWL'OB DE AIRE ACOIODICIONADO Y REFRIüERACION. Eduardo Hernández Goribar. Editorial LIMOSA. Segunda impresión (1975) Capítulo 9.
PRIMCIPIOB DE RlllrRIQ.UCIOI(. ROY J. Dossat Editorial CECSA Séptima impresión (1988) Capítulo 5.
DI- T-8 Y P-h. Published by P.A. HILTON LTD. King's Comborne. Hants. England.
1
Tercera Parte :
"Material de apoyo para el Instructor"
r- ! , ..- r- i
I! -- i
LABORAzy>RIO DE MAQUINAS TERMICAS Y PROCESOS TBWODINAUICOS
PRACTICA NO. B - 1
SIS!PIS&W DE REFRiGXUXIíM
CICLO SIMPLE ILip mRI-Im
(primera versión : Abril de 1992) (última versidn : Septiembre de 1992)
J.M. zamora U., E. Lepus F. y V.H. Acha F.
__ .. . .. .. ..~ . . . .- ... ". _I-----
TABLA DE DAlWS OBTENIWS DEL EQUIPO DE
RBFRIGERACION
PEvap := 217.98 kPa. PCond = 902.98 kPa
GRef = 4.5 grfs I = 20 gris II
Para mostrar como se calcularon las propiedades utilizamos la figura 1.
EBTADü 1.- Con (Ppp y T ) se tienen dos opciones para poder obtener los valores de las siguientes:
las demás propiedades.
también se pueden obtener los valores de las demás propiedades.
as dem a s propiedades en ese estado que son a) se pueden calcular en tablas de vapor sobrecalentado
b) Si se tienen los diagramas T-s y P-h del refrigerante
BST" 2.- Con (Pcond y T3) en este estado hay que verificar la calidad del. vapor que se tiene a la salida del compresor; se puede'ver de las dos formas antes descritas y la más rápida es por medio de tablas del refrigerante, y así calcular las propiedades : V2 thZ t 82 *
lt8TADü 3.- Con (PCond y T3) se considera que no hay pérdidas de presión P2=PJ y con el valor de la temperatura que nos da el termopar a la salida cia1 condensador se verifica en que región se
81-1
, ..
r-
c *
i k..
encuentra el refrigerante, se obtuvo que la temperatura de saturación es más grande que la temperatura que se midió por lo que con ayuda del diagrama P-h se analiza que el liquido está dentro de la región de líquido comprimido sabiendo esto, las demás propiedadss se obtienen de la misma gráfica.
ESTADO 4. - Considerando que no hay pérdidas de presión, para éste se procede de la misma forma que para el estado anterior. Por tpnto, con ayuda de PCond y T4, se calculan las propiedades termodinámicas del estado.
Como se vio en los estados 3 y 4 la temperatura es menor que la de saturación, lo que nos indica, que el refrigerante se encuentra en la región de líquido comprimido a la presión correspondiente y de nuevo con ayuda del diagrama P-h y T-s. se calculanpodos los valores de las demás propiedades.
BSTADO 5.- Se considera que no hay pérdidas de presión a la entrada del evaporador, o sea que las propiedades de T y P a la salida de la válvula son iguales a la entrada del evaporador. Además cabe mencionar que el proceso de expansión en la válvula, es un proceso a entalpía constante, por lo tanto, h4 = h,.
EBTADü 6.- Con . (PEva y T6) , haciendo uso de tablas del refrigerante, se localiza e8 que región se encuentra el vapor que sale del evaporador, teniendo esto, se procede a calcular las demás propiedades con la ayuda de la misma tabla.
I a I 35 I ---- I ---- I ---- I --- ~~ II üOTA I El diagrama P-h del ciclo, se muestra en la figura 2 .
81-2
I
81-3
L.
m
El-4
C A L C U L O 8
I.- EVAPORMIOR.
1.1.- Entrada de calor al eV8pOradOr.
Q, = V,*I,
Se utiliza esta fórmula para calcular el calor suministrado al refrigerante, ya que se tiene el voltaje en la resistencia del evaporador(V,) y la corriente(1,) en esta misma.
Q, = (70 V) * (7.75 A) = 542.5 R F
1.2.- calor extraído por a1 rafrigerrnte am el evaporador.
QExtraído = GRef * (h6-h5)
Se utiliza la fórmula anterior para calcular el calor extraido por el refrigerante, en su paso a traves del evaporaüor, del espacio a refrigerar.
QEx+ = 0.0045 kgfs * (187.58 kJ/kg - 64.20 kJ/kg) * i o3 =
555.21 1
11.- coaD.llflñDOR.
11.1.- Calor transferido a1 8gua por 01 roiriguante.
Se ocupa esta ecuación por que el cambio de entalpia del agua es igual al Cp del agua multiplicado por la diferencia de temperaturas de la entrada y salida del condensador.
Qc = 0.020 kg/S * (4180 Jjkg-mol K) * (308.15 K - 299.15 K) =
752.4 &
-- I
11 .2 . - Calor liberado por e1 R-12 en e1 condensador.
QLib = 0.0045 kg/s * (224.32 kJ/kg - 66.2 kJ/kg) * l o 3 =
711.54 II
I11 - - COMPRESOR. 111.1.- Potencia suiiiiniatrada por el compresor al fluido
refrigerante. P
'sum = GRef* (hz-hi)
.,. ~
.L- i: k
g : c
ir..
!
L.
Se ocupa dicha fórmula debido a que se calcularon las entalpías del refrigerante a la entrada y salida del compresor y se multiplica por el flujo del refrigerante ya que los valores de las entalplas están dadas en unidades de energía por unidades de masa.
PsUm = 0.0045 kg/s * (224.32 kJ/kg - 191.18 kJ/kg) * l o 3 =
149.13 9
1V.- COEPICISüTEB DE O P ~ I O H .
IP.1.- COP(Baa8do on la potmaia mministrada por e1 aompreaor) .
Se utiliza porque está calculado por medio de la potencia que se le suministra a la resistencia del evaporador y la potencia del motor.
COP = 555.21 W 1 149.13 W = 3.723
81-6
IV.2.- COP(Baaad0 en 01 ciclo de Carnoti.
Se utiliza esta fórmula considerando que el ciclo trabaja entre el rango de temperaturas del condensador y del evaporador; obtenidas de los datos del equipo de refrigeración.
COPCatnot = 263.15 K 1 (305.15 K - 263.15 K) = 6.265
V.- RBNDfMIEMTO REFERIDO AL CICLO DE CARlYoT. F
3 ' 7 2 3 = 0 . 5 9 4 '' 6.265
2. .
....
De acuerdo a los valores del COP obtenidos en el desarrollo de esta práctica, corresponde el valor mayor al ciclo de Carnot ya que éste como se sabe es un ciclo ideal, pues en el ciclo real como se había mencionado, existen irreversibilidades, como pequeRas caldas de presión, las cuales no se toman en cuenta.
Debido a que siempre se tendrán irreversibilidades en todas las partes que componen el sistema, se puede comprobar que nunca tendremos una máquina que sea cien por ciento ideal. Pero de acuerdo a las pruebas que se efectuaron, podemos concluir que haciendo una comparación entre el coeficiente de ejecución del ciclo ideal y el del equipo de refrigeración que es un ciclo real se obtiene un porcentaje de efectividad del 50 % con respecto a l ciclo ideal.
Cabe destacar que el hecho de contar con la unidad de refrigeración, resulta de gran utilidad,gracias a que mediante ella se pueden caracterizar en foma individual los diferentes dispositivos anteriormente citados. As1 como también observar como se comportan bajo diferentes condiciones, las cuales también pueden ser simuladas con esta unidad de refrigeración.
F
i: i' B1-8
TABLA DE NOMOWCLATURA
e-
'^^ c
T1 = Temperatura a la entrada del compresor
T2 = Temperatura a la salida del compresor
T3 = Temperatura a la salida del condensador
T4 = Temperatura a la entrada de la válvula
- - Temperatura a la entrada del evaporador.
*6 = Temperatura a la salida delevaporador.
T5
= Temperatura a la entrada del condensador (agua) .
T8 = Temperatura a la salida del condensador
'Atm. cd.Méx. = Presión atmosférica para la Ciudad de
'Evap = Presibn absoluta da evaporación.
PCond = Presión absoluta de condensación.
GAgua = Gasto tie agua.
GRe f = Gasto del refrigerante.
vsc = Vapor sobrecalentado.
LC = Líquido comprimido.
LS = Líquido saturado.
(agua).
mxico.
B1-g
'1 I
c..
, !
c."
c-
.-
r..
..
. ..
WLBORATORTO DE UAQUINAS TERMICAS Y PñOCESOS TEMODINAMICOS
PRACTICA No. B - 2
SISl'IIEus DE RBPIUGERACION
CICLO DE REFRIGERACIOU ooñ R E G i P l E R A ü I ~
(primera versión : Abril de 1992) (última versión : Septiembre de 1992)
J.n. samora n., E. ~eaus P. y V.H. Acha F.
DEPART- DE IHGBNXERIA DE PROCESOS E HIDRAUUCA UlUVRRSDhD M8TlWFOLITAUA - IZTAFALAPA
C.P. 09340 - USXIm, D.F. AV. nIcmimn Y LA m s m , WL. VIC~RTIRA
P
J
1-1 '-.-
..
c
r.
..._
r..
. .- c
.._
.I
L...
CI
TABLA DE DATO6 OBTENIDO6 DEL EQUIPO DE
REPRIQERACION
TI = 19OC T2 = 74OC T3 = 31°C T4 = 18OC
T5 = -7OC Tg = -5OC T7 = 25OC T8 = 33OC
PAtrn.Cd.MéX. = 77-98 kPa-
PEW* = 257.99 kPa. PCond = 867.98 kPa
Para mostrar como se calcularon las propiededes utilizamos la figura 1.
SWPADO 1.- Con (P,,, y T ) se tienen dos opciones para poder obtener los valores de laJdemas propiedades en ese estado que son las siguientes:
a) se pueden calcular en tablas de vapor sobrecalentado las demás propiedades.
b) Si se tienen los diagramas T-s y P-h del refriqerante también se pueden obtener los valores de las demás propiedades.
ESTADO 2.- Con (Pcond y T2) en este estado hay que verificar la calidad del vapor que se tiene a la salida del compresor; se puede ver de las dos formas antes descritas y la más rápida es por medio detablas del refrigerante, y así calcular las propiedades : V2 h2r 92 *
ESTADü 3. - Con (Pcond y T3) se considera que no hay pérdidas de presión P2 = P y con el valor de la temperatura que nos da el termopar a la salida del condensador se verifica en que región se encuentra el refrigerante, se obtuvo que la temperatura de saturación es más grande que la temperatura que se midió por lo que
con ayuda del diagrama P-h se analiza que el liquido está dentro de la región de líquido comprimido sabiendo esto, las demás propiedades se obtienen de la misma gráfica.
EBTADO 4 . - considerando que no hay pérdidas de presión, para éste se procede de la misma forma que para el estado anterior. Por tanto, con ayuda de PCond y T,, se calculan las propiedades termodinámicas del estado.
Como se vio, en los estados 3 y 4 la temperatura es menor que la de saturación, lo que nos indica, que el refrigerante se encuentra en la región de líquido comprimido a la presi6n correspondiente y de nuevo con ayuda del diagrama P-h y T-s se calculan todos los valores de las demás propiedades.
ñüT)DO 5.- Se considera que no hay pérdidas de presión a la entrada del evaporador, o sea que las propiedades de T y P a la salida de la válvula son iguales a la entrada del evaporador. Además cabe mencionar que el proceso de expansión en la válvula, es un proceso a entalpía constante, por lo tanto, h, = h5.
UTIDO 6.- Con .(PEva y Ts) , haciendo u80 de tablas del refrigerante, se localiza e8 que región se encuantra el vapor que sale del evaporador, teniendo esto, se procede a calcular las demás propiedades con la ayuda de la misma tabla.
RESULTADOS
looTA : El diagrama P-h del ciclo, se muestra en la figura 2 .
82-2
02-3
C'
.*
Ir.." - ." k.-- I I I
I...
€42-4
I c ,
i *.*
c-.
I
k. L Y
6 1
C A L C U L O 8
1.1.- Entrada de calor al evaporador.
Se utiliza esta fórmula para calcular el calor suministrado a l refrigerante, ya que se tiene el voltaje en la resistencia del evaporador (Ve) y l a corriente ( Ie) en esta misma.
Q, = (70 V) * (7.75 A) = 542.5 8
1.2.- Calor extraído por e1 refrigerante en el evaporador.
QExtraido = GRaL* (h6-h5) -
Se utiliza la f6rmul.a anterior para calcular el calor extraído por el refrigerante, en su paso a través del evaporador, del espacio a refrigerar.
QExt = 0.0039 kg/s * (185.45 kJ/kg - 52.20 kJ/kg) * lo3 =
519.675
11.- COúPDEMBADOR
11.1.- Calor transferido a l agua por a1 rafrfguanto.
Q, = ‘+,*a * CP * (T8 - T7) \
Se ocupa esta ecuación por que el cambio de entalpía del agua es igual al Cp del agua multiplicado por la diferencia de temperaturas.En la entrada y salida del condensador.
Q, = 0.02 kg/s * (4180 J/kg-mol K) * (306.15 K - 298.15 K) =
- 6 6 8 . 8 1
B2-6
.. ... .
IV.2.- COP(BaSad0 en e1 ciclo de Cernot).
Se utiliza esta fórmula considerando que e- ciclo trabaja entre el rango de temperaturas del condensador y del evaporador; obtenidas de los datos del equipo de refrigeración.
COPCarnot = 266.15 K / ('304.15 K - 266 .15 K) = 7.004
V.- BPIIDIMIEMTO REFERIDO AL CICLO DE CABWOT
I !
1- I-.
.-.
a-
i
.-.
...
CONCLIIBIONEB
Con el desarrollo de esta práctica es posible observar los efectos que produce en los diferentes parámetros de operación, la inclusión de un regenerador, el cual trabaja por un lado con el vapor del refrigerante que sale del evaporador (elemento frío) y por el otro con el refrigerante líquido que sale del condensador (elemento caliente).
Uno de los efectos importantes que se presentan al incluir el regenerador es un aumento en l a presión de evaporación, mientras que la presión de condensación disminuye cono se pueden observar de manera gráfica en la figura 28, permitienrlo de esta manera, disminuir la potencia requerida por el compresor.
Como es sabido, el intercambiador permitirá que el refrigerante que sale del condensador llegue a la v¿ilvula de expansión a un estado de líquido subenfriado debido a que cede calor al vapor refrigerante que sale del evaporador, que a su vez resulta sobrecalentado. Este subenfriamiento como se puede ver en la figura 2' hace que la entalp€a del líquido a la entrada de la válvula de expansión sea menor de la que se tendría si no se llevara a cabo el intercambio, que a su vez, permite que el vapor refrigerante que sale del evaporador tenga una entalp€a mayor debido al sobrecalentamiento que sufre; teniendo en cuenta estos dos aspectos y además que la etapa de expansión se lleva a cabo a entalpía constante, se tiene que el efecto refrigerante es mayor ahora.
Estos son los doc, efectos más importantes que se presentan al utilizar un regenerador, teniendo en cuenta que de éstos depende el Coeficiente de Operación (COP), y por lo tanto, si la cantidad de calor retirado aumenta y la potencia requerida del compresor es menor, tendremos un mayor COP, a la vez que resulta una medida efectiva para el ahorro de energía.
B2-9
I.
' .̂.
T6
Ti
'Atm.cd.Méx.
TABLA DE NOXEWCLATURA
= Temperatura a la entrada del compresor
= Temperatura a la salida del compresor
= Temperatura a la salida del condensador
= Temperatura a la entrada de la válvula
- - Temperatura a la entrada del evaporador.
= Temperatura a la salida del evaporador.
= Temperatura a la entrada del condensador (agua) . = Temperatura a la salida del condensador
= Presión atmosférica para la Ciudad de México.
(agua).
~
Presión absoluta de evaporación.
Presión absoluta de condensación.
Gasto de agua.
Gasto del refrigerante.
Vapor sobrecalentado.
Líquido comprimido.
Líquido saturado.
' n i L 332-10
