Calculos y Resultados02

CICLO DE REFRIGERACION

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Objetivos

- Comparar los ciclos con válvula expansión y tubo capilar.  - Analizar los ciclos reales y teóricos del sistema de refrigeración 

Fundamento teórico

Un sistema de refrigeración consiste en una máquina refrigeradora y una serie de dispositivos para aprovechar el frío "producido" (en realidad, la absorción de calor). El aparato más común es el frigorífico doméstico, en que la maquinaria (por compresión generalmente, pero también existen por absorción, funcionando con gas butano o con keroseno) consigue extraer calor de un armario cerrado cediéndolo en el ambiente de la cocina, con un nivel térmico (temperatura) más alto.

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Sistemas de refrigeración ambiental Se utilizan para bajar la temperatura de los ambientes habitables. Puede hacerse con aparatos unitarios (llamados de ventana) que sirven para un solo local, aparatos partidos (split), en los que hay un aparato que contiene el compresor, el condensador y la válvula, y que se sitúa en un lugar donde el ruido del compresor no moleste y pueda disipar fácilmente el calor, y otro, u otros, aparato/s con un evaporador y un ventilador, situado en los locales a enfriar. refrigeración centralizada, en los que una máquina refrigeradora, produce agua fría, que se lleva por conducciones aisladas a unos aparatos terminales, donde se enfría y trata el aire.

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Aparatos terminales Se consideran aparatos terminales aquéllos en los que se cede el calor para distribuirlo en el ambiente. En el caso de la refrigeración son de dos tipos fundamentales: climatizador (llamado en la normativa española UTA, Unidad de tratamiento de Aire) y ventiloconvector (fan-coil ). También puede hacer las funciones de climatizador, el propio evaporador de la máquina de producción de frío (en cuyo caso se conoce como de expansión directa). Las funciones de estos aparatos son acondicionar el aire en cuanto a temperatura, limpieza y contenido de vapor de agua. El climatizador o la expansión directa funcionana muy bien en todos estos casos, pero el ventiloconvector no regula demasiado bien el contenido de humedad.

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Refrigeración

En 1902 Willis Carrier sentó las bases de la refrigeración moderna y al encontrarse con los problemas de la excesiva humidificación del aire enfriado, las del aire acondicionado y desarrolló el concepto de climatización de verano. Por esa época un impresor neoyorquino tenía serias dificultades durante el proceso de impresión, que impedían el comportamiento normal del papel, obteniendo una calidad muy pobre debido a las variaciones de temperatura, calor y humedad. Carrier se puso a investigar con tenacidad para resolver el problema: diseñó una máquina específica que controlaba la humedad por medio de tubos enfriados, dando lugar a la primera unidad de refrigeración de la Historia. Durante aquellos años, el objetivo principal de Carrier era mejorar el desarrollo del proceso industrial con máquinas que permitieran el control de la temperatura y la humedad. Los primeros en usar el sistema de aire acondicionado Carrier fueron las industrias textiles del sur de Estados Unidos. Un claro ejemplo, fue la fábrica de algodón Chronicle en Belmont. Esta fábrica tenía un gran problema. Debido a la ausencia de humedad, se creaba un exceso de electricidad estática haciendo que las fibras de algodón se convirtiesen en pelusa. Gracias a Carrier, el nivel de humedad se estabilizó y la pelusilla quedo eliminada.

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Máquina frigorífica Se basa en la propiedad física de que la evaporación de un líquido o la dilatación de un gas absorben calor, y la compresión o condensación desprenden calor. Una máquina frigorífica diseñada para modificar la temperatura del medio aplica el denominado ciclo de refrigeración. Ciclo de refrigeración Este ciclo obedece a la ley de los gases perfectos y la relación presión-temperatura: P·V = n·R·T donde P es la presión, V es volumen, n es el numero de moles, R es la constante universal de los gases y T la temperatura. A fin de circular el fluido refrigerante y optimizar su absorción de calor se utiliza un compresor:

CALCULOS Y RESULTADOS DATOS OBTENIDOS EN EL LABORATORIO

DATOS: EXPANSIÓN

TUBO CAPILAR

EXPANSIÓN

TUBO CAPILAR

CE

Psi P1

C T1

PSI P2

C T2

Psi P3

C T3

PSI P4

C T4

AA  AM MA MM AA AM MA MM

120 124 158 100 102 104 119 122

46.7 53.6 62 67.1 45.5 44.8 52.3 53.6

120 122 158 160 102 103 120 121

32.9 33.7 42.7 43.6 27.8 28.1 33.6 33.8

44 42 48 47 15 16 20 21

8 6.6 9.7 8.8 10.8 -11.1 -6.6 -6.9

40 38 44 42 12 13 19 20

22.4 20.7 22.4 21.2 23 23.5 23.9 24

CE

m

AA  AM MA MM AA AM MA MM

0.9 0.8 1.7 1.7 0.3 0.5 0.6 0.5

condensador evaporador   Tantes Tdespues anemometro Tantes Tdespues anemometro 23 24 24 24 23.2 23.5 23.9 24

29 31 34 39 25.1 25.8 30.1 31.7

3.5 2.6 1 1.3 3 3.4 1.1 1.1

22.5 22 23 24 23.5 22.5 22 23

18.5 14 18 14 16.5 17 16 18

3.3 0.8 2.8 0.9 3.5 1.1 3.9 1.3

DATOS:

EXPANSIÓN

TUBO CAPILAR

ventiladores V

A

110 110 110 110 110 110 110 110

2 1.9 1.8 1.2 2 1.9 1.8 1.2

W

SISTEMA V

A

W

125 125 140 140 125 125 140 140

9.58 9.56 10.9 11 8 8 8 8.3

105 105 103 105 105 105 105 105

780 778 920 945 550 580 620 620

Tdespues anemometro 18.5 14 18 14 16.5 17 16 18

3.3 0.8 2.8 0.9 3.5 1.1 3.9 1.3

CALCULOS:

Para realizar los cálculos se realizo el uso de diagramas del refrigerante es este caso particular del amoniaco R717

Se obtuvieron los siguientes valores

EXPANSIÓN

TUBO CAPILAR

AA AM MA MM AA AM MA MM

h1

h2

h3

h4

1556.5 1573 1583.4 1614.1 1560.2 1557.7 1571.4 1573.7

288.4 290.9 330.6 332.6 265 266.4 288.4 289.7

288.4 290.9 330.6 332.6 265 266.4 288.4 289.7

1449.1 1447.5 1452 1450.6 1412.1 1414.5 1426.2 1427.8

Para obtener los coeficientes de COP se usaron las siguientes formulas:

COPideal 

COPciclo



1

T  B 

h4 

h1

T  A





h3 h4

 

COPplanta



m R  ( h4 W  s





h3 )

W vacio

Luego los resultados de los cálculos son los siguientes:

COP teorico COP ciclo COP planta EXPANSIÓN

TUBO CAPILAR

AA AM MA MM AA AM MA MM

0.61809045 0.68728522 0.69340974 0.72899729 0.53888131 0.82990398 0.79860303 0.80434783

10.8072626 9.21593625 8.53424658 6.83792049 7.74544227 8.0174581 7.83608815 7.80054832

16.5098857 14.7600817 23.9615385 23.1469979 8.43455882 13.1421703 14.8151042 12.3491753

VÁLVULA DE EXPANSIÓN  A-A

M-A

 A-M

M-M

TUBO CAPILAR  A-A

A-M

M-A

M-M

CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES

De los datos gráficos realizados podemos observar que la diferencia de presiones entre alta y baja en los procesos con válvula de expansión son 

menores que los que se realizaron con tubo capilar.

En todos los procesos el cambio de entalpía en el evaporador es mayor que en el compresor lo que determina de forma clara que el COP del 

ciclo sea siempre mayor que la unidad y además sea bastante mayor.

Se han realizado los cálculos y graficas guiándonos principalmente por las presiones tomadas en los datos debido a que el termómetro por ser el unico y estar en constante variación de medidas para cada punto no es confiable por que no tenia una estabilidad. 