SISTEMA FRIO Refrigeradora Doméstica

ESTUDIANTE:

SIGÜENZA DÁVALOS, Gerson

Andrés

CURSO:

Refrigeración, Calefacción y Aire

Acondicionado

DOCENTE:

ING. ELÍ GUAYAN HUACCHA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO

FACULTAD DE INGENIERIA

ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA

2015

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SISTEMA DE FRIO: REFRIGERADORA DOMESTICA

I. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA:

1. Principio de Funcionamiento:

El funcionamiento de las neveras y congeladores se basa en la refrigeración del aire

que contiene en su interior. Esta se realiza mediante una secuencia de cambios de

estado de un líquido refrigerante que circula a través de un circuito en el que se le

va forzando alternativamente a comprimirse y expandirse, produciendo y

consumiendo, alternativamente calor. La refrigeración no consiste, pues, en inyectar

frío en el refrigerador sino en la extracción del calor existente en el mismo.

El ciclo de compresión mecánica de vapor es el utilizado en la mayoría de las

neveras y congeladores domésticos. Se trata de un ciclo térmico cerrado en el cual

el refrigerante cambia periódicamente de estado generando y consumiendo

alternativamente calor.

El ciclo de compresión se compone de una fase de compresión y otra de expansión

que al alternarse hacen que la cámara frigorífica transfiera al exterior el calor y por

lo tanto se enfríe. Es decir el calor necesario para que se produzca la evaporación

se va extrayendo, ciclo a ciclo del interior de la nevera. Además modificando la

presión que se ejerza sobre el líquido conseguiremos cambiar la temperatura a la

que se produzca la evaporación y en base a este principio se puede regular la

temperatura del interior del refrigerador. Estas variaciones de presión influyen

notablemente en los cambios de estado del líquido, de forma que al bajar la presión

favorecemos la evaporación (al comprimir le estamos añadiendo calor) y al

aumentarla favorecemos la condensación.

En el evaporador

El refrigerante en estado líquido se hace llegar al evaporador mediante una válvula

que produce una estrangulación en el fluido. Esta estrangulación hace que la presión

descienda y como vimos al bajar la presión la temperatura de ebullición baja con ella

por lo que el refrigerante hierve y se evapora absorbiendo el calor por lo que el

líquido se convierte en vapor. De esta manera baja la temperatura de la cámara

frigorífica al consumirse en el proceso de evaporación del refrigerante parte de su

calor.

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En el compresor

El compresor aumenta la presión del gas disminuyendo su volumen y produciendo

la aspiración del refrigerante por el circuito. El gas sobrecalentado sale del

evaporador por el compresor que lo comprime con el consiguiente aumento de

presión y temperatura (fase de compresión). De esta forma se consigue que el

líquido refrigerante se condense a una temperatura mayor. El vapor se denomina

sobrecalentado porque es portador de la suma del calor absorbido en el evaporador

y el obtenido del compresor.

En el condensador

El condensador es un intercambiador de calor cuya función es extraer del

refrigerante el calor para que este vuelva de nuevo a estado líquido (condensación).

El líquido evaporado, convertido en vapor y por lo tanto portador del calor sale

rápidamente del compresor y es aspirado por los tubos y bobinas del circuito de

refrigeración. El vapor sobrecalentado e inicialmente con alta presión viaja así hacia

la otra parte del circuito en dónde se encuentra un condensador. A la salida del

compresor el vapor es sometido a una pérdida brusca de presión (fase de

expansión) que provoca un rápido enfriamiento. Por otra parte, durante el avance

por el circuito el vapor se va enfriando (refrigeración pasiva) por la temperatura

ambiente y a su llegada al condensador, que es un intercambiador en forma de

serpentín, ya ha bajado su temperatura y se va licuando de nuevo. A medida que el

refrigerante va saliendo del condensador es forzado mediante una válvula de nuevo

al evaporador y al compresor. De esta manera se completa y continúa el ciclo de

compresión.

Figura 01. Proceso de Refrigeración

LEYENDA

1. Compresor

2. Condensador

3. Evaporador

4. Tubo de retorno

5. Tubo capilar

6. Filtro secador

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2. Equipos, Elementos y accesorios.

El refrigerador fue inventado por Jacob Perkins en 1830 y ha sufrido muchos

cambios desde entonces, tales como la adopción de freón en la década de 1930 y

su posterior declive en la década de 1990. Sin embargo las partes funcionales

principales de cualquier refrigerador no han cambiado de manera significativa y son,

básicamente, las mismas en cualquier unidad.

2.1. Refrigerante.

Como parte esencial de cualquier refrigerador, el refrigerante comienza como

un gas, cambia a líquido y se convierte en gas de nuevo a medida que fluye a

través de todas las partes internas del refrigerador. En los primeros días del

refrigerador se utilizaban gases altamente tóxicos como el amoniaco como

refrigerante hasta la llegada del freón en la década de 1930. El freón era el

principal refrigerante usado en los Estados Unidos hasta que los científicos

descubrieron que el uso generalizado de esta sustancia química daña la capa

de ozono. Hoy en día la mayoría de los refrigeradores utilizan un compuesto

refrigerante conocido como HFC-134a.

2.2. Compresor.

Todo sistema mecánico está provisto de un elemento principal que hace que

el líquido o fluido circule en todo el sistema para lograr que se produzca el

efecto esperado. En este caso los sistemas de refrigeración tienen un

elemento principal que se llama compresor, que tiene la función de succionar

y comprimir el refrigerante, que circula en todo el sistema, el compresor se

encuentra en el extremo posterior inferior del refrigerador. Impulsado por un

motor eléctrico.

Figura 02. Compresor

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2.3. Condensador.

Situado en la parte posterior del refrigerador, el condensador es reconocible

por sus grandes bobinas serpenteantes de cobre. El vapor refrigerante

caliente entra en el condensador donde se enfría por el aire de la atmósfera

en la sala. En este punto, el refrigerante se licua.

Figura 03. Condensador

2.4. Válvula de Expansión.

La válvula de expansión, a veces referida como tubo capilar en refrigeradores

domésticos, es un conjunto de tubos delgados de cobre parecidos al

condensador. El refrigerante líquido recorre estos tubos a medida que

disminuye lentamente su temperatura y presión. La disminución de la presión

hace que aproximadamente la mitad de líquido refrigerante se evapore. Este

proceso permite que el refrigerante absorba calor, disminuyendo así la

temperatura interna del refrigerador.

Figura 04. Tubo Capilar

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2.5. Evaporador.

El evaporador está hecho de tubos de cobre y aluminio. Aquí, el refrigerante

líquido restante absorbe calor hasta que se evapora y de transforma en gas

nuevamente. El compresor aspira el vapor fuera del evaporador y el ciclo de

refrigeración se repite.

Figura 05. Evaporador

2.6. Filtro deshidratador

Sirve para que el sistema de refrigeración de cualquier cosa este libre

humedad en su interior. En su interior contienen silica que sirve para retener

la humedad.

Figura 06. Filtros

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II. ESQUEMA Y PLANOS DE REPRESENTACIÓN

.

Figura 07. Ubicación de los elementos del sistema de refrigeración

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Figura 08. Descripción de las partes del Producto

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III. ANÁLISIS ENERGÉTICO: CICLO TERMODINÁMICO.

3.1. Datos de Entrada:

Refrigerante : R-134ª

Masa del refrigerante : 103 g

Presión mínima : 86.3 kPa

Presión máxima : 900 kPa

3.2. Cálculo de Parámetros:

Para hacer el análisis utilizaremos el diagrama T-s:

Figura 08. Diagrama T – s del ciclo de refrigeración por compresión de vapor

a. Estado 1:

De las tablas termodinámicas para el R-134a a una presión de 86.3 kPa,

obtenemos por interpolación, el valor de la temperatura, entalpia y entropía:

𝑇1 = −20.70 °𝐶

ℎ1 = 229.32 𝐾𝐽𝐾𝑔⁄

𝑠1 = 0.9430 𝐾𝐽𝐾𝑔⁄

b. Estado 2:

Al ser un proceso isoentrópico: 𝑠2 = 𝑠1 = 0.9430 𝐾𝐽𝐾𝑔⁄

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Con una presión máxima de 900 kPA nos vamos a las tablas de vapor

sobrecalentado para el R-134a y mediante interpolación obtenemos:

𝑇2 = 46.1 °𝐶

ℎ2 = 278.02 𝐾𝐽

𝐾𝑔⁄

c. Estado 3

Para líquido saturado a una presión de 900 kPa, el valor de la entalpía es:

ℎ3 = 12.27 𝐾𝐽

𝐾𝑔⁄

d. Estado 4

Al ser un proceso isoentálpico se tienes que:

ℎ4 = ℎ3 = 12.27 𝐾𝐽𝐾𝑔⁄

3.3. Determinación del Coeficiente de Operación (COP):

𝐶𝑂𝑃 =ℎ1 − ℎ4

ℎ2 − ℎ1

𝐶𝑂𝑃 =229.32 − 12.27

278.02 − 229.32

𝐶𝑂𝑃 = 4.46

3.4. Calor Evaporado:

𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 𝑚(ℎ1 − ℎ4)

𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 0.103(229.32 − 12.27)

𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 22.36 𝐾𝐽

3.5. Calor Condensado:

𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝑚(ℎ3 − ℎ2)

𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 = 0.103(12.27 − 278.02)

𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 = −27.37 𝐾𝐽

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3.6. Trabajo del compresor:

𝑊𝑐 = 𝑚(ℎ2 − ℎ1)

𝑊𝑐 = 0.103(278.02 − 229.32)

𝑊𝑐 = 5.01 𝐾𝐽

IV. CONCLUSIONES:

Hemos obtenido un elevado coeficiente de operación, que nos indica que nuestra

refrigeradora está trabajando adecuadamente.

El análisis de una refrigeradora doméstica no es complejo, basta con medir las

temperaturas o presiones máxima y mínima para determinar todos los valores que

requiramos saber del sistema.

V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS:

a. Stoecker. Refrigeración y Acondicionamiento de Aire. Editorial Mc Graw-Hill, 1970.

b. Kenneth Wark- Donald E. Richards. Termodinámica. Editorial Mc Graw-Hill. 6ta

Edición. 2001. México.

c. http://www.neveras.com.es/p/refrigeracion-principio-de.html

d. http://www.ehowenespanol.com/cuales-son-partes-principales-refrigerador-

lista_316943

e. http://salcidogomez.blogspot.com/2011/04/diagrama-electrico-de-un-

refrigerador_16.html

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VI. ANEXOS:

Tablas 01. Propiedades del R134a saturado. Tabla de Presión

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Tabla 02. Propiedades del R-134a. Vapor Sobrecalentado

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