Objetivo general

Entender el comportamiento del ciclo de refrigeración por compresión de Vapor

Objetivos específicos

Medir temperatura y presión en los puntos importantes del ciclo para poder analizarlo y descubrir su comportamiento.

Calcular los parámetros que describen el ciclo de refrigeración por compresión

de vapor.

Determinar qué tan eficiente es el ciclo usando el refrigerante R-22.

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Ciclo de Carnot

Se define ciclo de Carnot como un proceso cíclico reversible que utiliza un gas perfecto, y que consta de dos transformaciones isotérmicas y dos adiabáticas, tal como se muestra en la figura.

La representación gráfica del ciclo de Carnot en un diagrama p-V es el siguiente

Tramo A-B isoterma a la temperatura T1

Tramo B-C adiabática

Tramo C-D isoterma a la temperatura T2

Tramo D-A adiabática

En cualquier ciclo, tenemos que obtener a partir de los datos iniciales:

La presión, volumen de cada uno de los vértices. El trabajo, el calor y la variación de energía interna en cada una de los procesos. El trabajo total, el calor absorbido, el calor cedido, y el rendimiento del ciclo.

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Ciclo de Refrigeración por Compresión de Vapor

Es un método de refrigeración que consiste en forzar mecánicamente la circulación de un refrigerante en un circuito cerrado creando zonas de alta y baja presión con el propósito de que el fluido absorba calor en el evaporador y lo ceda en el condensador.

El compresor aumenta la presión y la temperatura del líquido de trabajo el condensador saca ese calor ganado en el compresor, luego la válvula de expansión reduce la presión y temperatura para que el evaporador absorba el calor del ambiente. Por lo que el evaporador recoge el calor del área donde se quiere refrigerar, mientras que el condensador saca ese calor al ambiente o sumidero.

La refrigeración por compresión se logra evaporando un gas refrigerante en estado líquido a través de un dispositivo de expansión dentro de un intercambiador de calor, denominado evaporador. Para evaporarse este requiere absorber calor latente de vaporización. Al evaporarse el líquido refrigerante cambia su estado a vapor.

Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe energía térmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio gaseoso o líquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le denomina carga térmica. Luego de este intercambio energético, un compresor mecánico se encarga de aumentar la presión del vapor para poder condensarlo dentro de otro intercambiador de calor conocido como condensador y hacerlo líquido de nuevo

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Listado y Descripción de Materiales

Compresor de Vapor

Un compresor es una máquina de fluido que está construida para aumentar la presión y desplazar cierto tipo de fluidos llamados compresibles, tal como lo son los gases y los vapores. Esto se realiza a través de un intercambio de energía entre la máquina y el fluido en el cual el trabajo ejercido por el compresor es transferido a la sustancia que pasa por él convirtiéndose en energía de flujo, aumentando su presión y energía cinética impulsándola a fluir.

Al igual que las bombas, los compresores también desplazan fluidos, pero a diferencia de las primeras que son máquinas hidráulicas, éstos son máquinas térmicas, ya que su fluido de trabajo es compresible, sufre un cambio apreciable de densidad y, generalmente, también de temperatura; a diferencia de los ventiladores y los sopladores, los cuales impulsan fluidos compresibles, pero no aumentan su presión, densidad o temperatura de manera considerable.

Refrigerante R22

El R22 o clorodifluorometano es un gas incoloro comúnmente utilizado para los equipos de refrigeración, en principio por su bajo punto de fusión a -157 °C. El R22 era hasta hace poco el gas refrigerante más utilizado en el sector del aire acondicionado, tanto para instalaciones de tipo industrial como domésticas, aunque está prohibido su distribución por ser altamente perjudicial para la capa de ozono. Actualmente ha sido sustituido por el R407C o más modernamente por elR410A.

Formula molecular: CHClF2

Anemómetro

Un anemómetro es un dispositivo que se utiliza para medir la velocidad relativa del viento que incide sobre él. Si el anemómetro esta fijo colocado en tierra, entonces medirá la velocidad del viento absoluta, pero si el objeto sobre el que está colocado está en movimiento, medirá la diferencia del movimiento del viento y la velocidad del objeto.

Multímetro Fluke

Un multímetro es un instrumento eléctrico portátil para medir directamente magnitudes eléctricas activas como corrientes y potenciales (tensiones) o pasivas como resistencias, capacidades y otras. Las medidas pueden realizarse para corriente continua o alterna y en varios márgenes de medida cada una.

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Válvula de expansión

Es un dispositivo de expansión de los sistemas de refrigeración y aire acondicionado que la capacidad de generar la caída de presión necesaria entre el condensador y el evaporador del sistema. Básicamente se restringe a dos funciones: la de controlar el caudal de refrigerante en estado líquido que ingresa al evaporador y la de sostener un sobrecalentamiento constante a la salida de del condensador.

Procedimiento

Para la toma de datos se procedió de la siguiente manera:

1. Se enciende el módulo de refrigeración y se deja que se estabilice.

2. Cuando se estabilizó el modulo se procedieron con las tomas de medidas.

3. Primero se midió temperatura y presión en cada punto característicos del ciclo.

4. Se midió la velocidad del aire de condensador y el evaporador.

5. Se midió voltaje y corriente del compresor.

6. Se repitió los primeros 5 pasos para cada caso.

7. Con estos datos se calcula todo los datos de compresor; QL, QH, potencia del

compresor, etc.

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Cálculos

Caso 1

QH = h3 – h4 = 119 – 36 = 83 Btu/lb

QL = h2 – h1 = 116 – 36 = 80 Btu/lb

W = h3 – h2 = 119 – 116 = 3 Btu/lb

COP=QL

W=80

3=26.67

EER=3.413∗COP=3.413∗(26.67 )=91.1

ṁ=QL

∆h=

12000Btuhr

∗(1hr )

(116−36 ) Btulbm

∗(60min)=2.5

lbmmin−TR

P=V∗I=203∗5.4=1096.2w746

=1.469hp

Caso 2

QL = h2 – h1 = 121 – 36 = 85 Btu/lb

QH = h3 – h4 = 130 – 36 = 94 Btu/lb

W = h3 – h2 = 130 – 121 = 9 Btu/lb

COP=QL

W=85

9=9.44

EER=3.413∗COP=3.413∗( 9.44 )=32.23

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ṁ=QL

∆h=

12000Btuhr

∗(1hr )

(121−36 ) Btulbm

∗(60min)=2.35

lbmmin−TR

P=V∗I=203∗5.4=1096.2w746

=1.469hp

Tablas de Resultados

Tabla#1: Caso1

Punto Temperatura (K) Presión (psi)Entalpía (Btu/lb)

Estado

1 45 90 36 Mezcla Saturada2 83 81 116 Vapor Saturado3 100 200 119 Vapor Sobrecalentado4 93 205 36 Líquido Sub-enfriado

Tabla#2: caso 2

Punto Temperatura (K) Presión (psi)Entalpía (Btu/lb)

Estado

1 45 90 36 Mezcla Saturada2 98 81 121 Vapor Saturado3 190 200 130 Vapor Sobrecalentado4 93 205 36 Líquido Sub-enfriado

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Análisis de los Resultados

Al finalizar esta práctica del ciclo de refrigeración por compresión, vimos como este ciclo se comportaba, o más bien, como funcionaba.

Tomamos todo los datos necesarios para hacer los cálculos. En los cálculos se aprecia como el caso 1 es el más eficiente con un COP de 26, mientras que en el

caso 2 el COP es 9.

Por lo que demuestra que el caso 1 es más eficiente, y es el más recomendable. El análisis que hicimos está sujeto a muchos errores, ya que él, módulo de

refrigeración no tiene un buen mantenimiento y las medidas, por lo general, están muy alejadas del valor real.

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