Ensayo de Laboratorio, Sistemas de refrigeración

UNIVERSIDAD DE  CARABOBO[pic 1][pic 2]

FACULTAD DE INGENIERÍA

ESCUELA DE INGENIERÍA MECÁNICA

DEPARTAMENTO DE TERMICA Y ENERGETICA

LABORATORIO DE TERMICA

PRACTICA 8

SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN

Arévalo Sabino        C.I: 20785848

Cheng Teckly          C.I: 00000000

XXXXXXX                C.I: 00000000

XXXXXXXX         C.I: 00000000

Junio de 2015

INTRODUCCIÓN

La refrigeración es una técnica que se ha desarrollado con el transcurso del tiempo y el avance de la civilización; como resultado de las necesidades que la misma sociedad presenta a medida que avanza la tecnología y la invención en diferentes campos, contribuyendo a elevar el nivel de vida de las personas.

Las aplicaciones de la Refrigeración son muy numerosas, abarcando desde la conservación de alimentos, acondicionamiento ambiental, hasta enfriamiento de equipos, entre otros.

La diversidad de equipos empleados para refrigeración y acondicionamiento de aire es muy grande, y su funcionamiento se ajusta, en términos generales, a ciertos procesos termodinámicos tales como: evaporación, compresión, condensación y expansión. Cada sistema tiene sus características particulares. Cada tipo de compresor opera según distintos mecanismos de compresión (alternativos, rotativos, helicoidales, entre otros). Cada dispositivo de control está diseñado para mantener algún parámetro de funcionamiento de un equipo entre determinados límites, principalmente: temperaturas, presiones, entre otros fenómenos que se desea controlar. Así pues, la selección de sistemas de Refrigeración, dependen en gran medida de cuanta carga térmica se desea extraer, del tipo de instalación que se requiere

Pero algo que  no se puede pasar por alto, es que en cualquier sistema de refrigeración, se necesitan controles sobre el nivel de líquido del refrigerante y sobre la temperatura del ambiente que se está acondicionando. El control del líquido regula el flujo de refrigerante hacia el evaporador y también sirve como barrera de presión entre la alta presión de operación del condensador y la presión más baja de operación del evaporador. Es aquí en donde el uso de tubos capilares, válvulas de expansión, entre otros dispositivos de expansión, adquieren gran importancia para el funcionamiento adecuado de los sistemas de refrigeración, llegando incluso a considerarlos estrictamente necesarios. Ya que estos dispositivos constituyen principalmente una restricción colocada en el sistema, la cual hace posible que el compresor por medio de su efecto de bombeo mantenga cierta diferencia de presión, además de controlar la velocidad de flujo del refrigerante desde el lado de alta presión hacia el de baja.

En esta práctica se estudiará el comportamiento de un sistema de refrigeración con el uso de un banco de entrenamiento de refrigeración,  se estudiará la importancia de cada elemento que integra el sistema y principalmente se analizará el funcionamiento e influencia de los dispositivos de expansión más ampliamente usados como lo son el tubo capilar y la válvula de expansión.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL.

• Estudiar los sistemas de refrigeración con dispositivos de expansión.

OBJETIVOS ESPECÍFICOS.

• Estudiar a través de ensayos e investigación teórica la función e influencia de un tubo capilar en un sistema de refrigeración, como dispositivo de expansión.
• Estudiar a través de ensayos e investigación teórica la función e influencia de una válvula termostática en un sistema de refrigeración, como dispositivo de expansión.
• Determinar coeficiente de operación del ciclo de refrigeración, tanto teórico como real.

MARCO TEORICO

Refrigeración se entiende como el acto de enfriar un objeto para que su temperatura sea más baja que la ambiental, o en términos más precisos, es un proceso termodinámico donde se extrae el calor de un cuerpo o espacio (bajando así su temperatura) y llevarlo a otro lugar donde no es importante su efecto.

En la refrigeración mecánica se obtiene un enfriamiento constante mediante la circulación de un refrigerante en un circuito cerrado, donde se evapora y se vuelve a condensar en un ciclo continuo. Si no existen pérdidas, el refrigerante sirve para toda la vida útil del sistema. Todo lo que se necesita para mantener el enfriamiento es un suministro continuo de energía y un método para disipar el calor.

Refrigerantes son los fluidos de trabajo utilizados en los ciclos de refrigeración, que tienen la característica principal de evaporarse a bajas presiones y temperaturas y condensarse a altas presiones y temperaturas y son capaces de absorber calor de un ambiente.  Para cada refrigerante existe una temperatura específica de vaporización asociada con cada presión, por lo que basta controlar la presión del evaporador para obtener la temperatura deseada. En el condensador existe una relación similar entre la presión y la temperatura.

Sistemas básicos de refrigeración: tipos, esquema básico y diagrama termodinámico.

Los dos tipos principales de sistemas mecánicos de refrigeración son el sistema de compresión, que es el usado para esta práctica, empleado en los refrigeradores domésticos grandes y en la mayoría de los aparatos de aire acondicionado, y el sistema de absorción, que en la actualidad se usa sobre todo en los acondicionadores de aire por calor, aunque en  el pasado también se empleaba en refrigeradores domésticos por calor.

Sistemas de absorción

En estos sistemas, se rocía agua (refrigerante) dentro de un evaporador en el que se mantiene un alto nivel de vació. Una parte del agua se evapora muy rápidamente y enfría la cantidad restante. El vapor de agua es absorbido por una solución de bromuro de litio existente en la cámara de absorción. La solución restante es después calentada en el generador para separar dicha solución el agua que contiene evaporándola, la cual se condensa a continuación en el condensador y retorna al evaporador, con lo que el ciclo se completa. Como el agua se puede evaporar con más facilidad si se pulveriza, se utiliza una bomba para hacerla circular desde la parte inferior del evaporador hasta un pulverizador situado en la parte superior. Para incrementar la absorción que realiza el bromuro de litio, se repite la operación  anterior en un recipiente llamado absorbedor. En el ciclo mencionado anteriormente el agua se usa como refrigerante, pudiendo ser sustituido por amoníaco u otro refrigerante.

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Figura 1. Sistema de absorción

La refrigeración por absorción se usa cada vez más en refrigeradores para acondicionar el aire, en los que resultan adecuadas temperaturas de refrigerante entre 7 y 10 °C aproximadamente.

Sistemas de compresión

Los sistemas de compresión emplean cuatro elementos en el ciclo de refrigeración: compresor, condensador, válvula de expansión y evaporador. En el evaporador, el refrigerante se evapora y  absorbe calor del espacio que está enfriando y de su contenido. A continuación, el vapor pasa a un compresor movido por un motor que incrementa su presión, lo que aumenta su temperatura. El gas sobrecalentado a alta presión se transforma posteriormente en líquido en un condensador refrigerado por aire o agua.  Después del condensador, el líquido pasa por una válvula de expansión, donde su presión y temperatura  se reducen hasta alcanzar las condiciones que existen en el evaporador.

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Figura 2. Sistema de compresión

El ciclo de Carnot invertido no es práctico para comparar el ciclo real de refrigeración. Sin embargo es conveniente que se pudieran aproximar los procesos de suministro y disipación de calor a temperatura constante para alcanzar el mayor valor posible del coeficiente de rendimiento. En la Figura 3 se muestra el diagrama T-s del ciclo ideal. El vapor saturado en el estado 1 se comprime isoentrópicamente a vapor sobrecalentado en el estado 2. El vapor refrigerante entra a un condensador, de donde se extrae calor a presión constante hasta que el fluido se convierte en líquido saturado en el estado 3. Para que el fluido regrese a presión más baja, se expande adiabáticamente en una válvula o un tubo capilar hasta el estado 4. El proceso 3-4 es una estrangulación y h3=h4. En el estado 4, el refrigerante es una mezcla húmeda de baja calidad. Finalmente, pasa por el evaporador a presión constante. De la fuente de baja temperatura entra calor al evaporador, convirtiendo el fluido en vapor saturado y se completa el ciclo. Observe que todo el proceso 4-1 y una gran parte del proceso 2-3 ocurren a temperatura constante.

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Figura 3. Diagrama T-s para un ciclo de refrigeración por compresión ideal

El proceso de compresión real incluirá efectos friccionantes los cuales incrementan la entropía y la transferencia de calor, lo cual puede aumentar o disminuir la entropía. En un ciclo real puede ocurrir que el refrigerante se sobrecaliente un poco en la entrada del compresor y se subenfría en la salida del condensador. Además el compresor no es isoentrópico. Esto se observa en la Figura 4:

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Figura 4. Diagrama T-s para un ciclo de refrigeración por compresión real

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