Práctica 1 de Frío

 

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AU TO NO MA C HAP IN GO

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA AGROINDUSTRIAL

LABORATORIO DE PRACTICAS DE PRODUCCION DE FRIO

PRACTICA No. 1

CICLO BASICO DE LA REFRIGERACIÓN Y BOMBA DE CALOR Integrantes del equipo: Jiménez Viveros Yamir Sosa Gaona Karen Grado: 

7°

Grupo:  2

Calificación:

Fecha de realización: 3 de septiembre de 2013 OBJETIVO: Que el alumno identifique en forma física los elementos que conforman el ciclo básico de la refrigeración  Así mismo, deberá identificar el principio de la bomba de calor, como una utilización racional de la energía en aplicaciones de calefacción, durante la operación de los sistemas de refrigeración. FUNDAMENTOS TEÓRICOS: Descripción del ciclo básico de la refrigeración (componentes principales, procesos termodinámicos involucrados, representación en el diagrama de moliere p-h. Rendimientos (de Carnot, COP y rendimiento económico). MATERIALES Y METODOLOGIA: Para el desarrollo de esta práctica es necesario el material siguiente: Instalación frigorífica en operación. Manómetros digitales para alta y baja presión. Termómetro digital con termopares. Multimetro. Voltiamperimetro de gancho. Equipo para medir flujo de aire y agua.

 

Metodología: Consiste en: Explicación teórico-práctica de los componentes de la instalación frigorífica y las actividades a desarrollar en la práctica. Identificación física de los componentes de la instalación. Toma de lecturas de las variables requeridas para la formulación del reporte(presiones, temperaturas, voltajes, amperajes y flujos másicos). RESULTADOS: 1.- De acuerdo a la toma de lecturas llenar el siguiente cuadro Variable a

Unidad de

Unidad de

Variable a

Unidad de

Unidad de

medir

medida del

medida en el

medir

medida del

medida en el

instrumento

SI

instrumento

SI.

P1  

211.33 psi

1457069.44 pa

P2  

4.97 bar

497410 pa

T1  

52 °F

284.26

T2  

32 °F

273.15

T3 

62

289.81

T4  

-47°C

226

T5 

105.19°C

378

T6 

153 °F

340.37

T7  

85

302.59

Voltaje L1 Voltaje L2

220 v 220 v

Amps L1 Amps L2

16 ampers 16 ampers

Voltaje L3

220 v

Amps L3

16 ampers

Horas de

18:00

Consumo

$719.96/dia

operación en

diario energía

24 hrs.

eléctrica:

 

2

 

PRACTICA No. 1

CICLO BASICO DE LA REFRIGERACION

Determinar las siguientes lecturas de la instalación: P1 = Presión del refrigerante en la descarga del compresor.  P2 = Presión del refrigerante refrigerante en la succión del compresor. compresor. TEMPERATURAS T1 = Temperatura de la cámara T2 = Temperatura del aire a la entrada del evaporador. T3 = Temperatura del aire a la salida del evaporador T4 = Temperatura del refrigerante en estado de mezcla(liquido-vapor) después de la expansión. T5 = Temperatura del refrigerante en estado gaseoso en la succión antes del compresor. T6 = Temperatura del refrigerante refrigerante en estado gaseoso gaseoso en la descarga del compresor. T7 = Temperatura del refrigerante en la condensación T8 = Temperatura del aire a la entrada del condensador. T9 = Temperatura del aire a la salida del condensador

CUESTIONARIO 1. - Describa en forma breve la historia de la refrigeración mundial y en México. La refrigeración comercial se cree pudo haber sido iniciada por un hombre de negocios americano,  Alexander C. Twinning, en 1856. Luego, un australiano, James Harrison, examinó los refrigeradores usados de Gorrie e introdujo la refrigeración de la compresión de vapor a las industrias de elaboración de la cerveza y empacadoras de carne. Ferdinand Carré de Francia desarrolló un sistema algo más complejo en 1859. Semejante de máquinas anteriores de compresión, que utilizaron el aire como líquido refrigerador, el equipo de Carré contuvo el amoníaco rápidamente que se ampliaba. Los refrigeradores de Carré fueron utilizados extensamente, y la refrigeración de la compresión del vapor se convirtió, y sigue siendo, el método más extensamente usado para enfriamiento.  Antes de 1860, el transporte refrigerado fue limitado sobre todo a los mariscos y a los productos lácteos. El coche refrigerado del ferrocarril fue patentado por J.B. Sutherland de Detroit, Michigan en 1867. Él diseñó un coche aislado con las arcones del hielo en cada extremo. El aire vino adentro en la tapa, pasó a través de las arcones, y circuló a través del coche por la gravedad,  

3

 

controlada por el uso de colgar las aletas que crearon diferencias en temperatura del aire. El primer coche refrigerado para llevar la fruta fresca fue construido en 1867 por Parker Earle de Illinois, que envió las fresas en el ferrocarril de la central de Illinois. Cada pared contuvo 100 libras de hielo y 200 cuartos de galón de fresas. No era hasta 1949 que un sistema de refrigeración hizo su manera en la industria que acarreaba por un dispositivo que enfriaba montado en los techos, patentado por Fred Jones. En 1805, un inventor americano, Oliver Evans, diseñó la primera máquina de la refrigeración que utilizó el vapor en vez de líquido. En 1842, el médico americano Juan Gorrie, diseño una máquina para refrescar habitaciones de pacientes en un hospital de la Florida. Su principio a base de comprimir un gas, que lo enfría enviándolo a través de bobinas de la radiación, y después ampliarlo para bajar la temperatura más lejos, (esta base es la que se ha usado en refrigeradores de tiempos modernos.) Dando buenos resultados de su práctica médica, le concedieron la primera patente en Estados Unidos para la refrigeración mecánica en 1851. 2. - Describa el ciclo básico de la refrigeración utilizando el diagrama de Molliere y su esquema correspondiente analizando cada uno de sus componentes. 1  – 2 Compresión adiabática. La presión y la temperatura del fluido aumentan. La máquina recibe la energía (W) necesaria para que actúe el compresor. 2 – 2’’ Refrigeración isobárica, enfriamiento del vapor sobrecalentado   2’’ –  3’ Condensación isobárica. El estado del fluido pasa de vapor saturado a líquido saturado. La

temperatura se mantiene constante. 3’ – 3 Refrigeración isobárica, subenfriamiento del líquido

3 – 4 Expansión adiabática. Disminución de presión. Este elemento se alimenta del condensador a través de la válvula de expansión, que consiste en un orificio calibrado o un tubo capilar donde se produce la expansión y resulta una evaporación parcial del líquido saturado que pasa a vapor. 4  –  1’ Evaporación isobárica. El fluido se transforma en vapor saturado. La máquina absorbe una cantidad de calor Q2 del foco frío y provoca el enfriamiento.   El fluido recupera sus condiciones iniciales y puede volver a iniciar el ciclo. 1’ – 1 Calentamiento isobárico, sobrecalentamiento del vapor

 

4

 

3- Establezca la comparación termodinámica entre el ciclo básico de la refrigeración con el ciclo de Carnot, auxiliándose en el diagrama T-S. T-S. Es un ciclo que opera de manera contraria a las manecillas del reloj, Carnot inverso.

  1-2 Se transfiere (absorción) (absorción) calor reversiblemente desde desde la región fría TL, de forma isoterma donde el refrigerante experimenta cambios de fase.



  2-3 Se comprime el refrigerante isoentrópicamente, hasta que alcanza la temperatura



máxima TH.   3-4 Se transfiere calor reversiblemente a la región caliente a TH, de forma forma isoterma, donde



el refrigerante experimenta cambios de fase (vapor a líquido).   4-1 Se expande expande el refrigerante isoentrópicamente hasta, alcanzar la la temperatura temperatura mínima



TL

 

5

 

4. - Describa el principio de la bomba de calor bajo el concepto termodinámico. Una bomba de calor es un u n sistema termodinámico, que permite manipular la pérdida o ganancia de calor en el espacio donde la misma se desempeña. 5.- Hacer el diagrama de flujo de la instalación frigorífica donde se realizó la práctica. R-22

Compresor

w 

Condensador

Q Válvula de expansión

Evaporador

6.-Con la información obtenida trazar el ciclo básico de la refrigeración en el diagrama de molliere p-h, determinando las entalpías correspondientes.   h1: 400



  h2: 440



  h3: 250



  h4: 250



 

6

 

7.- Determinar el efecto refrigerante, el gasto másico de refrigerante, así como la capacidad del sistema en toneladas de refrigeración de acuerdo acuerdo a la información obtenida. Efecto refrigerante:

E.R.: h1-h4 E.R.:400-250= 150 Gasto másico m R

15.93 



400



250

0.1062 kg/s

8.- Calcular el rendimiento de Carnot como refrigerador, el COP del sistema y el rendimiento económico del correspondiente. 1

C 

  R





305 

13.7  

COP 

400 

1

440





250 400



3.75

3.75  

 



13.7



0.27  

284.26

9. - Empleando los términos (líquido, vapor y mezcla liquido-vapor), describa el estado del refrigerante en los siguientes puntos: Entrada en el evaporador

Mezcla líquido-vapor

Salida del evaporador

Vapor saturado

Entrada en el compresor

Vapor

Salida del compresor

Vapor

Entrada en el condensador Salida del condensador y entrada al recibidor.

Vapor Líquido

Salida del recibidor y entrada a la válvula de

Líquido

expansión. Salida de la válvula de expansión.

Líquido-gas

10. - Describa que se entiende por sobrecalentamiento y sub-enfriamiento en un sistema de refrigeración, así mismo mencione las ventajas y desventajas de estos fenómenos. Sobrecalentamiento:   Calentamiento adicional del vapor saturado, para garantizar que no pase Sobrecalentamiento: líquido al compresor. Es bueno cuando se maneja de 8 a 20 F como ∆T.

 

7

 

Sub-enfriamiento: Es el proceso por el cual un refrigerante líquido saturado se enfría por debajo de la temperatura de saturación, lo que obliga a cambiar su fase completamente. El líquido resultante se denomina líquido subenfriado y es conveniente el estado en el que los refrigerantes pueden someterse a las etapas restantes de un u n ciclo de refrigeración. Normalmente, un sistema de refrigeración tiene una etapa de subenfriamiento, permitiendo a los técnicos para estar seguro de que la calidad, en el que el refrigerante alcanza el siguiente paso en el ciclo, es el deseado. Siendo ambos procesos similares e inversa, subenfriamiento y sobrecalentamiento son importantes para determinar la estabilidad y el buen funcionamiento de un sistema de refrigeración. 11. - Defina el el término tonelada de refrigeración; refrigeración; indicar las equivalencias en los sistemas de unidades convencionales (métrico, inglés e internacional) Cantidad de calor que hay que fundir con 200 lb de hielo en 24 hrs por 144 Btu/lb   

                                 

12.-Determine el costo de la energía en forma mensual, considerando la tarifa vigente de la CFE para la operación operación del sistema de refrigeración analizado. analizado. )( )(   ( )( )( ))                   

13. - Conclusiones.   Se identificaron identificaron los elementos que que conforman el ciclo básico de la refrigeración, refrigeración, así como



el principio de la bomba de calor, los elementos más importantes en el ciclo de refrigeración son el compresor, evaporador, válvula de expansión y condensador.   El evaporador y la válvula de expansión son los únicos elementos que se encuentran



dentro de la cámara de refrigeración mientras que el compresor y el condensador se encuentran fuera fuera de ella. La refrigeración es el proceso el proceso de reducción y mantenimiento y mantenimiento de la temperatura (a un valor menor a la del medio ambiente)  ambiente)  de un objeto o espacio. La reducción de temperatura se realiza extrayendo energía del cuerpo, generalmente reduciendo su energía térmica, lo que contribuye a reducir la temperatura de este cuerpo.

 

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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 Refrigeración - Componentes de un sistema de refrigeración -  La carga de refrigeración -  Diseño de sistemas -  Instalación y servicio.

4.- Software -  - 

Danfoss Pathfinder Copeland compressors

7.- Manuales de selección de equipo: --  -  -  -  - 

Frigus Bohn York Mycom Copeland Grasso Danfoss.

Conceptos Teóricos : Coeficiente de funcionamiento ( COP ) : Se define como el beneficio del ciclo ( cantidad de calor removido ) dividido por la energía requerida a suministrar suministrar para operar el ciclo ( trabajo mecánico ) COP= Qo/W (sistema de refrigeración) COP= Q/W (bomba de calor)  calor)  Efecto Refrigerante : es : es la cantidad de calor a remover en el evaporador. E.R.= h1-h4  h1-h4  Capacidad de un sistema de refrigeración :  :  Qo= m( h1-h4) Capacidad del compresor W = m(h2-h1) Rendimiento de Carnot como refrigerador R =

To/Tc - To

Rendimiento Económico =COP/ R

 

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