Laboratorio de Termodinámica I CICLO DE REFRIGERACIÓN

Laboratorio de Termodinámica I CICLO DE REFRIGERACIÓN [pic 1][pic 2]

REFRIGERATION CYCLE

Authors: Jose Manuel Rojas Barrientos; Casta Rocío Ibargüen Ibargüen; Junier Córdoba Gamboa. University of Antioquia, Antioquia

Calle 67 #53-108

Medellín, Colombia

KEYWORDS

Simulation, Cycle, Refrigeration.

Simulación, Ciclo, Refrigeración.

ABSTRACT: The compression process in the ideal cycle is internally reversible and adiabatic, and therefore isentropic. However, the actual compression process involves frictional effects, which increase entropy, and heat transfer, which can increase or decrease entropy, depending on the direction. This report talks about the coefficient of performance (COP). As well as, the parts of a refrigeration cycle of a refrigerator. In order to learn about the equipment that makes up this cycle and the operation of a heat pump, in addition to showing that conventional refrigerators with No-frost systems do not generate frost. 

RESUMEN: El proceso de compresión en el ciclo ideal es internamente reversible y adiabático, y por tanto isentrópico. Sin embargo, el proceso de compresión real implica efectos de fricción, que aumentan la entropía, y la transferencia de calor, que puede aumentar o disminuir la entropía, dependiendo de la dirección. En este informe se habla del coeficiente de desempeño (COP). Así como, las partes de un ciclo de refrigeración de un frigorífico. Con el fin de aprender sobre los equipos que componen dicho ciclo y el funcionamiento de una bomba de calor, además de evidenciar que los refrigeradores convencionales con sistemas No-frost no generan escarcha.

1. Introducción

Otro dispositivo que transfiere calor de un medio de baja temperatura a uno de alta temperatura es la bomba de calor. Los refrigeradores y las bombas de calor funcionan en el mismo ciclo pero difieren en sus objetivos. El objetivo de un frigorífico es mantener el espacio refrigerado a baja temperatura extrayendo calor del mismo. Descargar este calor a un medio de temperatura más alta es simplemente una parte necesaria de la operación, no el propósito. El objetivo de una bomba de calor, sin embargo, es mantener un espacio calentado a una temperatura alta. Esto se logra absorbiendo calor de una fuente de baja temperatura, como agua de pozo o aire exterior frío en invierno, y suministrando este calor al medio de alta temperatura, como una casa. La medida del rendimiento de una bomba de calor también se expresa en términos del coeficiente de rendimiento COP. [1]

El ciclo de refrigeración por compresión de vapor es el más utilizado para los refrigeradores, sistemas de aire acondicionado y bombas de calor. Consta de cuatro procesos(figura 1):

Laboratorio de Termodinámica I 1-2 Compresión isentrópica en un compresor [pic 3][pic 4]

2-3 Pérdida de calor a presión constante en un condensador

3-4 Agotamiento en un dispositivo de expansión

4-1 Absorción de calor a presión constante en un evaporador

[pic 5]

Fig 1. Ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor. [1]

En un ciclo de refrigeración por compresión de vapor ideal, el refrigerante entra en el compresor en el estado 1 como vapor saturado y se comprime isentrópicamente hasta la presión del condensador. La temperatura del refrigerante aumenta durante este proceso de compresión isentrópica hasta situarse muy por encima de la temperatura del medio circundante. El refrigerante entra entonces en el condensador como vapor sobrecalentado en el estado 2 y sale como líquido saturado en el estado 3 como resultado del rechazo de calor al entorno. La temperatura del refrigerante en este estado sigue estando por encima de la temperatura del entorno. El refrigerante líquido saturado en el estado 3 se estrangula hasta la presión del evaporador haciéndolo pasar por una válvula de expansión o un tubo capilar. La temperatura del refrigerante desciende por debajo de la temperatura del espacio refrigerado durante este proceso. El refrigerante entra en el evaporador en el estado 4 como una mezcla saturada de baja calidad, y se evapora completamente al absorber el calor del espacio refrigerado. El refrigerante sale del evaporador como vapor saturado y vuelve a entrar en el compresor, completando el ciclo [1].

Laboratorio de Termodinámica I 2. Metodología [pic 6][pic 7]

Se realiza una simulación en el sitio web: https://sunspire.site/apps/en/phys04/lab13/index.html, la cual permite evidenciar el funcionamiento de una bomba de calor como se muetra en la imagen:

Fig 2. Bomba de calor que opera con R-134. [pic 8]

Luego se procedió a tomar un refrigerador doméstico como bosquejo para señalar las partes de un ciclo de refrigeración y explicar su funcionamiento. Acto seguido se explica la diferencia entre los refrigeradores antiguo y nuevo, además de señalar porque uno de estos genera escarcha y porque el segundo no.

3. Resultados y análisis

Se realizó una simulación del funcionamiento de una bomba de calor encontrando su coeficiente de desempeño y se planteó el croquis de un refrigerador (nevera), identificando sus componentes y la función de cada uno de ellos teniendo en cuenta su relación con el ciclo de refrigeración. Con la finalidad de dar solución a lo anterior se planteó una serie de cálculos.

3.1 Bomba de calor

Teniendo en cuenta las siguiente suposiciones:

�� . La salida del condensador es líquido saturado y la salida

2 = ��3, ℎ3 = ℎ4, ��1 = ��2, ��4 = ��1, ℎ4 = ℎ1 

del evaporador es vapor saturado, la presión atmosférica es de 101.325 kPa.

Se realizó la simulación en el sitio web: https://sunspire.site/apps/en/phys04/lab13/index.html de una bomba de calor que opera con R-134a obteniendo los siguientes resultados:

Laboratorio de Termodinámica I [pic 9][pic 10][pic 11]

Fig 3. Bomba de calor luego de 15 minutos. [2]

En la simulación se pudo observar que la bomba de calor estaba compuesta por: Un condensador, un evaporador, un compresor, una válvula de expansión y sus dispositivos de monitoreo (cronómetro, monitor de energía, interruptor de presión y manómetros).

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