U N Y V E R S I D A D A U T O N O M A C H A P I N GO

U N I V E R S I D A D A U T N O M A C H A P I N G O

DEPARTAMENTO DE INGENIERA AGROINDUSTRIAL

LABORATORIO DE PRCTICAS DE PRODUCCION DE FRIO

PRCTICA No. 1

CICLO BSICO DE LA REFRIGERACIN Y BOMBA DE CALOR

OBJETIVO:

Que el alumno identifique en forma fsica los elementos que conforman el ciclo bsico de la refrigeracin

As mismo, deber identificar el principio de la bomba de calor, como una utilizacin racional de la energa en aplicaciones de calefaccin, durante la operacin de los sistemas de refrigeracin.FUNDAMENTOS TERICOS:

Descripcin del ciclo bsico de la refrigeracin (componentes principales, procesos termodinmicos involucrados, representacin en el diagrama de moliere p-h.

Rendimientos (de Carnot, COP y rendimiento econmico)

MATERIALES Y METODOLOGIA:

Para el desarrollo de esta prctica es necesario el material siguiente:

Instalacin frigorfica en operacin.

Manmetros digitales para alta y baja presin.

Termmetro digital con termopares.

Multimetro.

Voltiamperimetro de gancho.

Equipo para medir flujo de aire y agua.

Metodologa:

Consiste en:Explicacin terico-prctica de los componentes de la instalacin frigorfica y las actividades a desarrollar en la prctica.

Identificacin fsica de los componentes de la instalacin.

Toma de lecturas de las variables requeridas para la formulacin del reporte (presiones, temperaturas, voltajes, amperajes y flujos msicos).

RESULTADOS:PRACTICA No. 1CICLO BASICO DE LA REFRIGERACIONCUESTIONARIO1. Describa en forma breve la historia de la refrigeracin mundial y en Mxico

El hombre ha demostrado en todas las pocas histricas un gran inters por lo referente al tro y al calor. Los romanos encerraban nieve en grandes grutas para utilizarlas posteriormente. Los chinos y los rabes citan de sus escritos las mezclas frigorficas ya en los siglos XII y XIII respectivamente.

Durante los siglos XVI y XVII son numerosos los intentos de producir fro de forma artificial (Zamora, Porta, Boyle, Cullere, Faraday, etc.)

El hallazgo fortuito de un mamut perfectamente conservado entre la nieve en Siberia en 1799, hace renacer el inters por producir de algn modo fro artificial. A partir de aqu se suceden una serie de intentos, ya a nivel industrial o semiindustrial.

Una de las primeras patentes (1834) para una maquina prctica para fabricar hielo fue la que se otorg a Jacob Perkins. Estas mquinas, que funcionaban con ter, se utilizaron exitosamente en las plantas empacadoras de carne. Para 1835 Thilorier produce nieve carbnica por expansin del cido carbnico lquido. En 1857 Carr construye una maquina frigorfica que aprovecha la afinidad del agua por el amoniaco. Pero es realmente en 1865, cuando Charles Tellier, construye la primera mquina de compresin utilizada con fines industriales, equipa con ella el vapor Le Frigorifique y realiza un transporte de canales de vacunos desde un puerto francs hasta Buenos Aires, llegando el producto en excelentes condiciones.

A partir de ese momento los progresos son constantes. En 1875 Pictet construye una mquina de compresin de anhdrido sulfuroso, Linde construye la mquina de amoniaco y junto con Windhausen la de anhdrido carbnico, Vincent construye el mismo ao una mquina de cloruro de metilo.

A principios del siglo XIX, Oliver Evans elabor el primer proyecto de una mquina de refrigeracin,y en 1902 Willis Carrier sent las bases de la maquinaria de refrigeracin moderna y al intentar aplicarla a los espacios habitados, se encontr con el problema del aumento de la humedad relativa del aire enfriado, y al estudiar cmo evitarlo, desarroll el concepto de climatizacin de verano2. - Describa el ciclo bsico de la refrigeracin utilizando el diagrama de Molliere y su esquema correspondiente analizando cada uno de sus componentes.

EVAPORACINEn la etapa de evaporacin el refrigerante absorbe el calor del especio que lo rodea y por consiguiente lo enfra. Esta etapa tiene lugar en un componente denominado evaporador, el cual es llamado as debido de que en el refrigerante se evapora cambia de lquido a vaporLa evaporacin se lleva a cabo de 4 a 1 donde la mezcla de lquido-vapor aumenta su entalpia y tambin su temperatura, se suministra calor para luego eliminarlo.COMPRESIN MECNICA

Es la fase de 1 a 2 donde el compresor tiene la funcin de aumentar la presin, la entalpia y de reducir el volumen. Esta fase ocurre en la zona de vapor sobrecalentado

CONDENSACIN Se condensa el gas que sale del compresor para poder recuperar el refrigerante, el medio en el que se lleva a cabo es aire (ventiladores). En esta fase se elimina el calor sensible proveniente del punto 2, quedando lquido saturado a alta presin en el punto nmero 3 EXPANSINDurante la fase de expansin baja la presin y la temperatura, se ubica en la mezcla liquido-vapor a entalpia constante. Esta etapa es desarrollada por un mecanismo de control de flujo, este dispositivo retiene el flujo y expande al refrigerante para facilitar su evaporacin posterior. Despus de que el refrigerante deja el control del flujo se dirige al evaporador para absorber calor y comenzar un nuevo ciclo.

3- Establezca la comparacin termodinmica entre el ciclo bsico de la refrigeracin con el ciclo de Carnot, auxilindose en el diagrama T-S.

Ciclo bsico de refrigeracinCiclo de Carnot

4 a 1: Aumento de entalpia y de temperatura 4 a 1: La temperatura aumenta a entropa constante

1 a 2: Aumento de Entalpia y presin y la temperatura constante 1 a 2: aumenta la entropa a temperatura constante

2 a 3: La presin se mantiene constante y la temperatura se mantiene constante. La entalpia disminuye2 a 3: La temperatura disminuye manteniendo la entropa constante.

3 a 4: Disminuye la presin al igual que la temperatura y la entalpia se mantiene constante 3 a 4: La entropa disminuye y la temperatura se mantiene constante,

El ciclo de Carnot es el ciclo inverso al ciclo bsico de la Refrigeracin. Donde el ciclo de Carnot genera potencia y produce trabajo mecnico, mientras que el ciclo de la refrigeracin convierte el calor sensible del producto en frio, con ayuda del refrigerante lquido. 4.- Describa el proceso de la bomba de calor bajo el concepto termodinmico

Se entiende bomba de calor como la utilizacin eficiente de calor liberado en un equipo de refrigeracin sin necesidad de aplicar ms energa. Permite transferir energa en forma de calor de un ambiente a otro, para lograr esta accin es necesario un aporte de trabajo acorde a la segunda ley de la termodinmica, segn la cual el calor se dirige de manera espontnea de un foco caliente a otro fro, hasta que sus temperaturas se igualan.

Este fenmeno de transferencia de energa calorfica se realiza, principalmente, por medio de un sistema de refrigeracin por compresin de gases refrigerantes, cuya particularidad radica en una vlvula inversora de ciclo que forma parte del sistema, la cual puede invertir el sentido del flujo de refrigeracin, transformando el condensador en evaporador y viceversa.

La principal aplicacin de una bomba de calor es a la calefaccin, aunque con la posibilidad de invertir el proceso en la actualidad se utilizan el mismo aparato tanto en verano como en invierno.5.- Hacer e

5.-Hacer el diagrama de flujo de la instalacin frigorfica donde se realiz la prctica.

6.- Con la informacin obtenida trazar el ciclo bsico de la refrigeracin en el diagrama de Molliere P-H, determinando las entalpas correspondientes.

DIAGRAMA

PuntoT

CP barh

KJ/KgV

m3/KgS

KJ / KgK

10.3674.161407.270.057631.774

254.88712.324435.000.021911.774

331.79512.486239.090.003301.133

4-4.9814.216239.550.015571.148

7.- Determinar el efecto refrigerante, el gasto msico de refrigerante, as como la capacidad del sistema en toneladas de refrigeracin de acuerdo a la informacin obtenida.

Carga trmica del evaporador

Efecto refrigerante

Gasto msico del refrigerante

Produccin Frigorfica Volumtrica

= Rendimiento volumtrico del diagrama de Linge.8.- Calcular el rendimiento de Carnot como refrigerador, el COP del sistema y el rendimiento econmico del correspondiente.

Rendimiento de Carnot

COP del sistema

W= h2-h1

= Qo / W = m qot / m ( h2 - h1 ) = ( real )

C O P (COEFICIENTE DE FUNCIONAMIENTO) COP=

Rendimiento econmico9.- Empleando los trminos (lquido, vapor y mezcla lquido-vapor), describa el estado del refrigerante en los siguientes puntos:

Entrada en el evaporador MEZCLA LQUIDO-VAPOR

Salida del evaporador VAPOR SATURADO

Entrada en el compresor VAPOR SOBRECALENTADO Salida del compresor VAPOR SOBRECALENTADO Entrada en el condensador VAPOR SOBRECALENTADO Salida del condensador y entrada LQUIDO SATURADO al recibidor.

Salida del recibidor y entrada a la LQUIDO SATURADO vlvula de expansin.

Salida de la vlvula de expansin. MEZCLA LIQUIDO-VAPOR10.- Describa que se entiende por sobrecalentamiento y sub-enfriamiento en un sistema de refrigeracin, as mismo mencione las ventajas y desventajas de estos fenmenos.El sobrecalentamiento es el incremento de temperatura del refrigerante despus de que ha logrado la condicin de saturacin a su paso por el evaporador. Por su parte el sub-enfriamiento es el descenso de temperatura del refrigerante una vez que ha logrado la condicin de lquido saturado, despus de haber pasado por el condensador.

Las ventajas que trae consigo encontrar en los sistemas de refrigeracin un sobrecalentamiento y un sub-enfriamiento son las siguientes: en el caso del sobrecalentamiento se busca asegurar que no le llegue lquido al compresor y en el caso del sub-enfriamiento es que en el evaporador aumente el efecto refrigerante, es decir, absorber mayor cantidad de calor cuando el refrigerante cruza al evaporador.

11.- Defina el trmino tonelada de refrigeracin; indicar las equivalencias en los sistemas de unidades convencionales (mtrico, ingls e internacional)

La tonelada de refrigeracin es la unidad nominal para referirse a la capacidad de extraccin de carga trmica (enfriamiento) de los equipos frigorficos y de aire acondicionado. Puede definirse como la cantidad de calor latente absorbida por la fusin de una tonelada corta de hielo slido puro en 24 horas.

1 Tonelada de refrigeracin = 12.000 BTUs/h = 3517 W = 3024 kcal/h

12.-Determine el costo de la energa en forma mensual, considerando la tarifa vigente de la CFE para la operacin del sistema de refrigeracin analizado.Wcomp=(435-407.27)kJ/kg

Wcomp=(m)(w)

Wcomp=(150.6797 kg/h (27.73kJ/kg)

Wcomp=4178kJ/h

Wcomp = (4178.348 kJ/h) (1h/3600 s)= 1.16kW ----- Potencia del Compresor

Consumo de un sistema de refrigeracin, suponiendo que trabaja 18 horas al da durante un mes Consumo= 1.16 kW)(18h)(30)= 626.4 kW*h/mes

En un bimestre= 1252.8 kW*h

La tarifa se encuentra 0.9832 centavos por kW*h

Costo= (626.4 kW*h) (0.9832)= 615.87 pesos en un mesCosto= (1252.8 kW*h) (0.9832)= 1231.75 pesos en un bimestre13. - Conclusiones. En esta prctica observamos la importancia del ciclo de refrigeracin comparndolo con una bomba de calor, ya que en cuanto al funcionamiento son inversas

Lo importante, es que el sistema de refrigeracin pueda funcionar eficientemente, con el menor costo de operacin y con la seguridad de que el compresor no va a sufrir daos. El trmino "coeficiente de funcionamiento" (COP) se utiliza para indicar el rendimiento de un ciclo de refrigeracin BIBLIOGRAFIA:1.- Manuales Ashrae

-2005 Fundamentals IP& SI Editions

-2006 Refrigeration IP& SI Editions

2.-Modern Refrigeration and air Conditioning

Althouse/ Turnquist/Bracciano

Edit: Good Heart Wilcox.

3.- Manuales Copeland

Principios de Refrigeracin

- Componentes de un sistema de refrigeracin

La carga de refrigeracin

Diseo de sistemas

Instalacin y servicio.

4.- Software

Danfoss

Pathfinder Copeland compressors

7.- Manuales de seleccin de equipo:

Frigus Bohn

York

Mycom

Copeland

Grasso Danfoss.Conceptos Tericos:Coeficiente de funcionamiento (COP) :

Se define como el beneficio del ciclo (cantidad de calor removido) dividido por la energa requerida a suministrar para operar el ciclo (trabajo mecnico)COP= Qo/W (sistema de refrigeracin)

COP= Q/W (bomba de calor)Efecto Refrigerante: es la cantidad de calor a remover en el evaporador.

E.R.= h1-h4Capacidad de un sistema de refrigeracin:Qo= m( h1-h4)

Capacidad del compresor

W = m(h2-h1)

Rendimiento de Carnot como refrigerador

(R = To/Tc - To

Rendimiento Econmico

(=COP/(R http://www.buenastareas.com/ensayos/Ciclo-Basico-De-Refrigeracion/13474.html EMBED AutoCAD.Drawing.14

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