experimento del refrigerador

7/26/2019 Experimento Del Refrigerador

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Ao de la Consolidacin del

Mar de Grau

UNIVERSIDAD

NACIONAL DEL SANTA

FACULTAD DE INGENIERAE. A. P. DE AGROINDUSTRIA

Tea!

Experimento de temperatura de lareri!eradoraDocen"e!

In!. "#$tor Ca%tro &a'aleta

Aluno!Blas Espinoza Neysser Michell

Ciclo:

V

Curso!

Termodinmica.

Nue#o C$i%o"e& 'er(

)*+,


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1. INTRODUCCION

Una de las principales reas de aplicacin de la termodinmica es la

refrigeracin !"e es la transferencia de calor de "na regin de temperat"ra

inferior hacia "na temperat"ra s"perior. #os dispositi$os !"e prod"cen

refrigeracin se llaman refrigeradores. El ciclo de refrigeracin !"e se "tiliza

con ms frec"encia es por compresin de $apor donde el refrigerante se

e$apora y se condensa alternadamente para l"ego comprimirse en la fase de

$apor. %tro ciclo de refrigeracin est"diado es el ciclo de refrigeracin de gas

en el !"e el refrigerante permanece todo el tiempo en la fase gaseosa. %tros

ciclos de refrigeracin analizados en este cap&t"lo son la refrigeracin en

cascada la c"al "tiliza ms de "n ciclo de refrigeracin' refrigeracin por

a(sorcin donde el refrigerante se dis"el$e en "n l&!"ido antes de ser

comprimido' y como tema de inter)s especial la refrigeracin termoel)ctrica

donde la refrigeracin es prod"cida mediante el paso de corriente el)ctrica a

tra$)s de dos materiales distintos.

() O*+ETI"OS

*ntrod"cir los conceptos de refrigeradores y (om(as de calor y la medida

de s" desempe+o.

,nalizar el ciclo de refrigeracin por compresin de $apor ideal.

,nalizar el ciclo de refrigeracin por compresin de $apor real.

-e$isar los factores in$ol"crados seleccionando el refrigerante

adec"ado para "na aplicacin

Est"diar la operacin de los sistemas de refrigeracin y de (om(as


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,. FUNDA-ENTO TERICO

3.1REFRIGERADORES Y BOMBAS DE CALOR

Todos sa(emos por eperiencia propia !"e el calor fl"ye en la direccin de lastemperat"ras decrecientes' esto es de las regiones de alta temperat"ra a lasde(a/a. 0icho proceso de transferencia de calor oc"rre en la nat"raleza sin !"esere!"iera la participacin de algn dispositi$o. El proceso in$erso sin em(argono s"cede por s& solo. #a transferencia de calor de "na regin de temperat"ra(a/a a otra de alta temperat"ra re!"iere dispositi$os especiales llamadosrefrigeradores.#os refrigeradores son dispositi$os c&clicos y los fl"idos de tra(a/o "tilizadosen los ciclos de refrigeracin se llaman refrigerantes. Un refrigeradorse m"estra es!"emticamente en la fig"ra 1121a3. En este caso QL es lamagnit"ddel calor etra&do del espacio refrigerado a la temperat"ra TL' QH es lamagnit"d del calor rechazado hacia el espacio caliente a temperat"ra TH yWnetoentrada es la entrada neta de tra(a/o al refrigerador. 4omo se analiz enel cap&t"lo 5 QL y QH representan magnit"des y por ello son cantidadespositi$as.%tro dispositi$o !"e transfiere calor de "n medio de (a/a temperat"ra a "node alta temperat"ra es la bomba de a!or. #os refrigeradores y las (om(asde calor son esencialmente lo mismo' nicamente difieren en s"s o(/eti$os.El o(/eti$o de "n refrigerador es mantener el espacio refrigerado a "natemperat"ra(a/a al etraer el calor de )l. #a descarga de este calor a "n mediode temperat"ra alta es "na parte necesaria de la operacin no es el propsito.No o(stante el o(/eti$o de "na (om(a de calor es mantener "n espaciocalentado a alta temperat"ra. Esto se logra al a(sor(er calor de "na f"entede (a/a temperat"ra como el ag"a de "n pozo o el aire eterior fr&o en elin$ierno y al s"ministrar este calor a "n medio ms caliente como "na casa6fig"ra 1121b3.El desempe+o de refrigeradores y de (om(as de calor se epresa en t)rminosdel oefiiente de desem"e#o $CO%& por s"s siglas en ingl)s 6coefficient

of peformance3 definido como

Estas relaciones tam(i)n p"eden epresarse en la forma de tasa s"stit"yendo

las cantidades respecti$amente

%(ser$e !"e tanto 4%7- como 4%7B4 p"eden ser mayores !"e 1. Unacomparacin de las ec"aciones 1121 y 1128 re$ela !"e


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para $alores fi/os de QL y QH. Esta relacin implica !"e 4%7B4 9 1 p"esto!"e 4%7- es "na cantidad positi$a. Es decir "na (om(a de calor f"ncionaen el peor de los casos como "n calentador de resistencia !"e s"ministra ala casa la misma cantidad de energ&a !"e cons"me. En realidad sin em(argoparte de QH se pierde en el aire eterior por las t"(er&as y otros dispositi$osy 4%7B4 p"ede caer por de(a/o de la "nidad c"ando la temperat"ra del aireeterior es m"y (a/a. 4"ando esto pasa el sistema normalmente se cam(ia a"n modo de !"ema de com("sti(le 6gas nat"ral propano petrleo etc.3 o decalentamiento por resistencia.#a capacidad de enfriamiento 6la carga de refrigeracin3 de "n sistema derefrigeracin es decir la tasa de calor etra&do del espacio refrigerado amen"do se epresa en t)rminos de tone!adas de refrigerai'n. #a capacidad

de "n sistema de refrigeracin !"e p"ede congelar 1 tonelada 68 ;;; l(m3 de

ag"a l&!"ida a ;


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3.( EL CICLO I)*ER+IDO DE CAR)O+

-ec"erde 6a partir del cap&t"lo 53 !"e el ciclo de 4arnot es "n ciclo totalmentere$ersi(le !"e se compone de dos procesos isot)rmicos re$ersi(les y de dosprocesos isentrpicos. Tiene la mima eficiencia t)rmica para determinados

l&mites de temperat"ra y sir$e como "n estndar contra el c"al los ciclos depotencia reales se comparan.7"esto !"e es "n ciclo re$ersi(le los c"atro procesos !"e comprendeel ciclo de 4arnot p"eden in$ertirse. ,l hacerlo tam(i)n se in$ertirn lasdirecciones de c"al!"ier interaccin de calor y de tra(a/o. El res"ltado es"n ciclo !"e opera en direccin contraria a las manecillas del relo/ en eldiagrama T-s !"e se llama el i!o in,ertido de Carnot. Un refrigerador o(om(a de calor !"e opera en el ciclo in$ertido de 4arnot es definido como"n refrigerador de Carnot o "na bomba de a!or de Carnot.4onsidere "n ciclo in$ertido de 4arnot e/ec"tado dentro de la campana desat"racin de "n refrigerante segn lo m"estra la fig"ra 1128. El refrigerante

a(sor(e calor isot)rmicamente de "na f"ente de (a/a temperat"ra a TL en lacantidad de QL 6proceso 1283 se comprime isentrpicamente hasta el estado =6la temperat"ra se ele$a hasta TH3 rechaza calor isot)rmicamente en "ns"miderode alta temperat"ra a TH en la cantidad de QH 6proceso =2?3 y se epandeisentrpicamente hasta el estado 1 6la temperat"ra desciende hasta TL3. Elrefrigerante cam(ia de "n estado de $apor sat"rado a "n estado de l&!"idosat"rado en el condensador d"rante el proceso =2?.

trpicamente hasta la presin del condensador. #a temperat"ra del refrigerante

a"menta d"rante el proceso de compresin isentrpica hasta "n $alor (astantes"perior al de la temperat"ra del medio circ"ndante. 0esp")s el refrigerante


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entra en el condensador como $apor so(recalentado en el estado 8 y salecomol&!"ido sat"rado en el estado = como res"ltado del rechazo de calor hacia losalrededores. #a temperat"ra del refrigerante en este estado se mantendr porencima de la temperat"ra de los alrededores.

El refrigerante l&!"ido sat"rado en el estado = se estrang"la hasta la presindel e$aporador al pasarlo por "na $l$"la de epansin o por "n t"(o capilar.#a temperat"ra del refrigerante desciende por de(a/o de la temperat"ra delespacio refrigerado d"rante este proceso. El refrigerante entra al e$aporadoren el estado ? como "n $apor hmedo de (a/a calidad y se e$apora porcompletoa(sor(iendo calor del espacio refrigerado. El refrigerante sale del e$aporadorcomo $apor sat"rado y $"el$e a entrar al compresor completando elciclo.En "n refrigerador dom)stico los t"(os en el compartimiento del congeladordonde el calor es a(sor(ido por el refrigerante sir$en como el e$aporador.

#os serpentines detrs del refrigerador donde el calor se disipa en el aire de lacocina sir$en como el condensador 6>ig. 112?3.-ec"erde !"e el rea (a/o la c"r$a del proceso en "n diagrama T-s representala transferencia de calor en caso de procesos internamente re$ersi(les.El rea (a/o la c"r$a del proceso ?21 representa el calor a(sor(ido por elrefrigeranteen el e$aporador y el rea (a/o la c"r$a del proceso 82= representa elcalor rechazado en el condensador. Una regla emp&rica es !"e el COP mejoraentre 2 y 4 por ciento por cada C !e e"e#a "a temperat!ra de e#aporacin o!e dismin!ye "a temperat!ra de condensacin.

3.3CICLO REAL DE REFRIGERACI-)%OR COM%RESI-) DE *A%ORUn ciclo real de refrigeracin por compresin de $apor difiere de "no ideal en$arios aspectos principalmente de(ido a las irre$ersi(ilidades !"e oc"rrenen $arios componentes. 0os f"entes com"nes de irre$ersi(ilidad son la friccindel fl"ido 6ca"sa ca&das de presin3 y la transferencia de calor hacia odesde los alrededores. El diagrama T-s de "n ciclo real de refrigeracin porcompresin de $apor se m"estra en la fig"ra 112D.En el ciclo ideal el refrigerante sale del e$aporador y entra al compresorcomo #apor sat!rado. in em(argo en la prctica no es posi(le controlarel estado del refrigerante con tanta precisin. En l"gar de eso es fcil dise+arel sistema de modo !"e el refrigerante se so(recaliente ligeramente en laentrada del compresor. Este ligero so(recalentamiento aseg"ra !"e elrefrigerantese e$apore por completo c"ando entra al compresor. Tam(i)n la l&nea

!"e conecta al e$aporador con el compresor s"ele ser m"y larga' por lo tantola


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ca&da de presin ocasionada por la friccin del fl"ido y la transferencia de calor

de los alrededores al refrigerante p"eden ser m"y significati$as. El res"ltadodelso(recalentamiento de la ganancia de calor en la l&nea de conein y lasca&dasde presin en el e$aporador y la l&nea de conein consiste en "n incremento

en el $ol"men espec&fico y por consig"iente en "n incremento en losre!"erimientosde entrada de potencia al compresor p"esto !"e el tra(a/o de fl"/oestacionario es proporcional al $ol"men espec&fico.

3. A)/LISIS DE LA SEG0)DA LEY DEL CICLO DEREFRIGERACI-) %OR COM%RESI-) DE *A%OR

4onsidere el ciclo de refrigeracin por compresin de $apor !"e opera entre "nmedio de (a/a temperat"ra a TL y "n medio de alta temperat"ra a TH como sem"estra en la fig"ra 112F. El 4%7 mimo de "n ciclo de refrigeracin !"e

operaentre los l&mites de temperat"ra de TL y TH se dio en la ec"acin 112? como

#os ciclos de refrigeracin reales no son tan eficientes como los idealescomo el ciclo de 4arnot de(ido a las irre$ersi(ilidades !"e implican. 7ero laconcl"sin !"e podemos sacar de la ec"acin 112F de !"e el 4%7 esin$ersamente

proporcional a la diferencia de temperat"ras THG TL es ig"almente$lida para ciclos de refrigeracin reales.


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El o(/eti$o de "n anlisis de la seg"nda ley de "n sistema de refrigeracines determinar los componentes !"e se p"eden (eneficiar al mimo porme/oras.Esto se realiza identificando las "(icaciones con mayor destr"ccin deeerg&a y los componentes con la menor eerg&a o eficiencia de la seg"nda

ley. #a destr"ccin de energ&a en "n componente se p"ede determinardirectamentea partir de "n (alance de eerg&a o indirectamente calc"lando primerola generacin de entrop&a y "sando l"ego la relacin

donde T; es la temperat"ra am(iental 6el estado m"erto3.

Ilustracin 1: El ciclo de refrigeracin

por compresion de vapor considerado

en el analisis de la segunda ley.

/. -ATERIALES 0 -1TODOS

Materia!es2refrigerador


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-.RESULTADOS2

0o al a3rir el reri!erador %ent# m4% rio en la parte inerior) e%to %ede3e al prin$ipio de Ar5u#mede%) 5ue no% di$e 5ue el aire $aliente %e'a a la parte %uperior 6 el aire r#o a la inerior) por dieren$ia% deden%idade%. El %i%tema de reri!era$i7n un$iona $on e%te prin$ipio)pero %olo e% una parte de e%te %i%tema.El otro experimento $on%i%ti7 en dete$tar la parte m4% $aliente de laparte exterior del reri!erador) la $ual de3# to$ar $on $uidado 6a 5ue8a6 una 9ona li3re en la parte inerior donde %e en$uentra el motor.La parte tra%era de mi reri!erador tiene una% re:illa% 5ue 3lo5ueanto$ar la parte media tra%era del reri!erador

,. CONCLUSIONES

;ue $on la experien$ia reali9ada en e%te tra3a:o pude $ompro3ar lale6 de Ar5u#mede%.


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*I*LIOGRAFA

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experimento del refrigerador

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