E95 Refrigeración - Ingeniería de Ejecución Mecánica

UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
IJF/ijf.
INGENIERIA DE EJECUCIÓN EN MECANICA
PLAN 2002
GUIA DE LABORATORIO
ASIGNATURA
15062 TERMODINÁMICA
NIVEL 05
EXPERIENCIA E 95
“SISTEMA DE REFRIGERACIÓN”
HORARIO: MARTES: 9-10-11-12
MARTES: 13-14-15-16
SABADO: 1-2-3-4
1
UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILE
FACULTAD DE INGENIERÍA
Departamento de Ingeniería Mecánica
HMR/hmr.
TITULO:
1.
SISTEMA DE REFRIGERACIÓN.
OBJETIVO GENERAL
Capacitar al alumno para que reconozca, identifique y utilice los principios
termodinámicos asociados a un ciclo de refrigeración por compresión de
vapor, así como los aspectos prácticos de un sistema de refrigeración
domestico.
2.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a)
El alumno será capaz de identificar y correlacionar los diferentes
componentes del sistema de refrigeración con los principios termodinámicos
del ciclo.
b)
Podrá representar en el diagrama T-s, y p-h el ciclo de refrigeración standar
y real de funcionamiento.
c)
Evaluará la eficiencia de refrigeración a través de la determinación del coeficiente de perfomance real y coeficiente de perfomance de Carnot. Asimismo
por la aplicación de la primera y segunda ley de la termodinámica podrá
obtener los flujos energéticos y entrópicos del ciclo de refrigeración.
3.
ASPECTOS TEÓRICOS.
Desde que la refrigeración puede definirse como la ciencia o arte de enfriar cuerpos
o fluidos a temperaturas menores que aquellas disponibles en el ambiente, el ciclo
de refrigeración por compresión de vapor consiste en extraer calor de una fuente de
baja temperatura y rechazarlo a una fuente de alta temperatura. Tal extracción y
rechazo de calor se realiza mediante la realización de un trabajo que para el ciclo
de refrigeración por compresión de vapor el elemento se denomina compresor.
Considerando el ciclo esquemáticamente como:
2
El ciclo de Carnot puede representarse como:
Donde los procesos son:
1-2
2-3
3-4
4-1
Compresión isoentrópica ( s=constante).
Condensación a Tc constante ( rechazo de calor).
Expansión isoentrópica ( s= constante).
Evaporación a Te constante.
Por definir el coeficiente de performance como la relación en la refrigeración útil(Qe)
y el trabajo neto de la forma
E=Qc/Wc
3
La representación de los estados termodinámicos en los cuales se encuentra el
ciclo de refrigeración, puede realizarse tanto para un ciclo ideal( Carnot ), estándar
y real en los diagramas temperatura en función de la entropía y presión en función
de la entalpía.
En particular, se define un ciclo estándar como aquel donde la aspiración del
compresor y descarga del condensador se realiza para condiciones de vapor
y líquido saturado respectivamente. De esta forma puede visualizarse que:
4
Y que un balance de energía global requiere que 1W 2=2Q3-1Q4 ó 1W2=Qc-Qe
(=área 1234) donde los procesos reversibles pueden ser calculados como:
2Q3=Tc(s2-s3)=
área 2345 = Qc
1Q4=Te(s1-s4)= área 1456 = Qe
Se obtiene el coeficiente de performance de Carnot xc considerando que s1=s2
y s3=s4;
ξc =Te(s2-s3)/Tc(s2-s3)-Te(s2-s3)
luego:
ξc =Te/Tc-Te donde T es la temperatura absoluta (ºK)
Debe observarse que para optimizar el coeficiente de performance se debe:
a) Tener una temperatura Te tan alta cuanto sea posible.
b) Tener una temperatura Tc tan baja cuanto sea posible.
Sin embargo en la práctica se tiene que los límites de temperatura vienen siempre
impuestos por el sistema de refrigeración, específicamente por la temperatura del
medio condensante y la temperatura del medio a mantener.
Finalmente puede establecerse que la eficiencia de refrigeración,ηr es:
η=ξ/ξc
El diagrama presión versus entalpía es el medio más corriente de representar las
propiedades de un refrigerante y superponer de esta forma el estado termodinámico
del ciclo de refrigeración. Esquemáticamente se tiene que:
5
6
Ciclo real de refrigeración.
En la práctica deben realizarse ciertos cambios, en forma inevitable o intencionada
respecto al ciclo estándar, entre los cuales se encuentran:
a)
b)
c)
d)
Sub-enfriamiento del líquido en el condensador.
Sobre calentamiento del vapor en el evaporador.
Compresión no isoentrópica.
Caída de presión por fricción en evaporador y condensador.
Exceptuando la causa d) el ciclo real queda como:
7
METODO A SEGUIR.
a)
b)
c)
d)
Reconocer y analizar el circuito de refrigeración.
Instalar instrumentos de medición.
Poner en marcha el equipo hasta lograr un funcionamiento estabilizado.
Tomar los valores requeridos.
Nota.- La determinación del caudal másico de refrigerante, a falta de rotámetro
deberá realizarse teóricamente a partir de las características del grupo
motocompresor.
TEMAS DEINTERROGACIÓN.
Ciclo básico de refrigeración.
Componentes de un sistema de refrigeración.
Refrigerantes.
BIBLIOGRAFIA.
Stoecker W.F. "Refrigeración y Acondicionamiento de aire"
Co.Inc.
Dossat Roy J. "Principios de refrigeración" CECSA.
LO QUE SE PIDE EN EL INFORME.
Se definirá una vez finalizada la experiencia.
8
Mc Graw-Hill Book