U.P.T.C. Formación básica profesional. Área complementaria técnica Facultad Seccional Duitama Térmicas II Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020909-07

PRACTICA DE LABORATORIO 7

CICLO DE REFRIGERACION

INTRODUCCION

Un ciclo termodinámico está conformado por varios procesos los cuales se efectúan de una

manera periódica y repetidamente. Todos los ciclos se aplican en máquinas térmicas, ya sea

calefactores o refrigeradoras, aprovechando las características que este posee. Dentro las

cuales están, el trabajo y el rendimiento, siendo este último la base fundamental para

decidir acerca del nivel de aprovechamiento de la energía.

1. OBJETIVOS

Visualizar los procesos que se suceden en un sistema de refrigeración por compresión

de vapor.

Graficar el ciclo de refrigeración por compresión de vapor sobre el diagrama P-h.

Calcular la energía seguida por el condensador, la energía absorbida por el evaporador

y la energía consumida por el compresor.

Obtener el rendimiento.

2. GENERALIDADES

2.1 EL CICLO DE CARNOT

El ciclo de Carnot es un ciclo en el cual el rendimiento es máximo, comparado con otro tipo

de ciclos. Este ciclo es perfecto para comparar otro tipo de ciclos y como base de

216

U.P.T.C. Formación básica profesional. Área complementaria técnica Facultad Seccional Duitama Térmicas II Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020909-07

comparación para máquinas reales, esto se realiza al comparar el rendimiento térmico real

con el ideal. Si la diferencia es demasiado grande entre los rendimientos real e ideal,

sugiere que el rendimiento real se debe mejorar.

El ciclo de Carnot consiste en los procesos isotérmicos y los procesos isentrópicos. En la

figura 1 se observa el ciclo de Carnot, la descripción de lo sucedido en el ciclo es la

siguiente:

1. Entre los puntos a y b (proceso isotérmico), se añade calor.

2. Entre los puntos b y c (proceso isentrópico) no se añade ni se retira calor, pero la

sustancia se expansiona.

3. Entre los puntos c y d, se rechaza calor a temperatura constante.

4. Entre los puntos d y a, la sustancia se comprime isentrópicamente hasta el punto inicial.

Figura 1. Ciclo de Carnot.

Los calores añadidos y rechazados y el trabajo se determinan partir del diagrama de

la figura 1 así:

(Ec. 1)

217

U.P.T.C. Formación básica profesional. Área complementaria técnica Facultad Seccional Duitama Térmicas II Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020909-07

(Ec. 2)

(Ec. 3)

Para ciclos reversibles se tiene que el área encerrada por la trayectoria de punto de estado

en el plano ST, representa el trabajo, ya que dicha área siempre será igual al calor añadido

menos el calor rechazado. Por tanto rendimiento térmico es igual a:

(Ec. 4)

2.2 CICLO INVERTIDO DE CARNOT

Cada proceso del ciclo de Carnot es interna y externamente reversible. Tomando en cuenta

que un ciclo invertido es una expresión general que incluye todos aquellos ciclos y los

cuales el trabajo neto es una energía consumida y el calor neto es rechazado, es decir que

es mayor que .

El rendimiento térmico de un ciclo invertido está dado por el trabajo neto del ciclo

dividido por el calor trasmitido al cuerpo caliente, es decir:

O bien:

2.3 PRECAUCIONES

218

U.P.T.C. Formación básica profesional. Área complementaria técnica Facultad Seccional Duitama Térmicas II Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020909-07

Utilice ropas adecuadas para el laboratorio.

Identifique el equipo, las partes sobre las cuales se van a realizar las mediciones.

Cualquier irregularidad comuníquela al profesor encargado de la asignatura o al

dependiente del laboratorio.

Antes de utilizar el sistema, verifique la limpieza de los serpentines del condensador y

el evaporador, observe que las aspas de los ventiladores no se encuentren obstruidas y

que cada manómetro presente una prisión superior a 40 psi, con esto se verifica que el

sistema no posee fugas.

2.4 AUTOEXAMEN

a. ¿Por qué se toma del ciclo de Carnot como base comparativa para otros ciclos?

b. ¿En que difiere el ciclo de Carnot para calefacción del ciclo de Carnot para

refrigeración?, Justifique su respuesta.

c. ¿Qué condiciones se deben cumplir para que un ciclo sea irreversible?

3. MATERIALES Y EQUIPOS

Para realizar la práctica correspondiente a este tema se utiliza un equipo conocido como

Equipo de refrigeración.

El equipo consta de las siguientes partes:

1. Evaporador.

2. Tubo capilar.

3. Filtro secador.

4. Condensador.

5. Compresor.

219

U.P.T.C. Formación básica profesional. Área complementaria técnica Facultad Seccional Duitama Térmicas II Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020909-07

6. Termómetros. Para mediciones temperaturas a la entrada y salida del evaporador, a la

entrada y salida del condensador.

7. Manómetros. Para medición de presiones a la entrada y salida del evaporador, al

entrada y salida del condensador.

8. Ventilador.

Tabla 1. Equipos.

Cantidad Elemento1 Equipo de refrigeración

En la figura 2, se ilustra el esquema del equipo de refrigeración.

220

U.P.T.C. Formación básica profesional. Área complementaria técnica Facultad Seccional Duitama Térmicas II Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020909-07

221

U.P.T.C. Formación básica profesional. Área complementaria técnica Facultad Seccional Duitama Térmicas II Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020909-07

4. PROCEDIMIENTO

1) Con el sistema apagado tome las lecturas de los manómetros de alta presión (de color

rojo) y las lecturas de los manómetros de baja presión (de color azul). Igualmente tome

las lecturas de los cuatro termómetros, el promedio de estas lecturas será la temperatura

ambiente.

2) Sitúe los todos interruptores de la máquina en la posición de apagado (OFF).

3) Una vez realizada la maniobra anterior conecte la máquina y su ministerio de 120

voltios. Observé que en el voltímetro se indique el valor de la tensión.

4) Energice la máquina y observe que en el momento del arranque el agua indicadora, del

amperímetro, no sobrepase los 40 A en los 10 segundos posteriores a la puesta en

marcha. Verifique que la aguja descienda hasta estabilizarse y consigne los valores en la

tabla 2.

5) Con el ventilador del evaporador apagado de funcionarios sistema durante 10 minutos

mientras se estabiliza, luego encienda el ventilador.

6) Transcurridos 30 minutos registre nuevamente todos los datos de cada manómetro y

termómetro. Consigne los valores en la tabla 3.

7) Desenergice el sistema y sitúe todos los interruptores en la posición OFF.

5. TOMA DE DATOS

Tabla 2. Lectura de los aparatos de medición antes de poner a funcionar el sistema.

Elemento Temperatura Elemento PresiónTermómetro a la entrada del evaporador

Manómetro a la entrada del evaporador

Termómetro a la salida del evaporador

Manómetro a la salida del evaporador

Termómetro a la entrada del condensador

Manómetro a la entrada del condensador

Termómetro a la salida del condensador

Manómetro a la salida del condensador

222

U.P.T.C. Formación básica profesional. Área complementaria técnica Facultad Seccional Duitama Térmicas II Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020909-07

Tabla 3. Lectura de los aparatos de medición después de

poner a funcionar el sistema.

Elemento Temperatura Elemento PresiónTermómetro a la entrada del evaporador

Manómetro a la entrada del evaporador

Termómetro a la salida del evaporador

Manómetro a la salida del evaporador

Termómetro a la entrada del condensador

Manómetro a la entrada del condensador

Termómetro a la salida del condensador

Manómetro a la salida del condensador

Temperatura ambiente =Tensión de funcionamiento =

Corriente de marcha =

6. CARACTERISTICAS A OBTENER

1) Realice la gráfica correspondiente al ciclo de refrigeración, y ubique los puntos en

un diagrama P-h.

2) Calcule la energía cedida por el condensador, la energía absorbida por el

evaporador y la energía consumida por compresor.

3) Obtenga el rendimiento del ciclo de refrigeración.

7. CUESTIONARIO

1. ¿Qué pérdidas se le pueden atribuir el sistema?, ¿cómo se pueden identificar?,

justifique su respuesta.

2. ¿Si el ciclo se invierte cual es el valor de rendimiento?

3. ¿A qué se requiere el rendimiento térmico combinado?

BIBLIOGRAFIA

223

U.P.T.C. Formación básica profesional. Área complementaria técnica Facultad Seccional Duitama Térmicas II Escuela de Ingeniería Electromecánica 54020909-07

CHAPMAN, Alanj. Transmisión del calor. 3ª ed. Madrid : Librería Editorial Bellisco.

1990.

GOODING, Nestor. Manual de prácticas operaciones unitarias II. 1 ed. Universidad

Nacional de Colombia. 1998. 138p.

KERN, Donald. Procesos de transferencia de calor. 14 ed. Editorial continental. 1980.

KREITH, Franck. Principios de transferencia de calor. 1 ed. Mexico . Herrera hermanos,

sucesores S.A, 1970.

MILLS, Anthony F. Transferencia de calor. Mexico : McGraw-Hill/Irwin, 1999. 932p.

NUNCIRA, Álvaro H. VELANDIA, José L. Guía de prácticas y manual de mantenimiento

para el uso del equipo de refrigeración con el ciclo de compresión de vapor. Duitama 2000.

224