Sistema De Refigeracion

RESUMEN

En esta práctica se estudio el ciclo de refrigeración el cual tiene gran importancia en el presente, para ello se analizaron varios arreglo, siguiendo el diseño ilustrado en la figura. Con el objetivo de determinar los calores absorbidos por el evaporador y retirado por el condensador y el coeficiente de operación del ciclo para cada caso en particular. También se comparo la eficiencia de un ciclo de refrigeración real con el ideal. Finalmente se obtuvo que los calores

INTRODUCCIÓN

La misión de una instalación de refrigeración , es la de enfriar determinados productos y mantenerlos a una temperatura inferior a la que tendrían en condiciones ambientales exteriores, dentro de unos valores de humedad adecuados.

La idea inicial o propósito de la refrigeración fue la conservación de alimentos. Posteriormente se descubrió que el frio incrementaba la vida y podía incluso mejorar las cualidades de ciertas bebidas, por otra parte, la multiplicación de los microorganismos está también en función de la temperatura.

Actualmente, es de lo más frecuente encontrarse con frigoríficos en todas las viviendas, existiendo, además, numerosas aplicaciones en los campos de conservación de alimentos, instalaciones de aire acondicionado, transporte de alimentos refrigerados, bombas de calor, industrias que utilizan frio, liofilización, etc. [2]

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

La primera ley de la termodinámica aplicada a los ciclos de refrigeración explica que un ciclo termodinámico ocurre cuando un fluido de trabajo, partiendo de un estado inicial de equilibrio, definido por su temperatura y presión, sufre una serie de procesos que lo llevan nuevamente al estado inicial de equilibrio, es decir, a la misma temperatura y presión.

Cada uno de estos procesos está regido por la primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos; partiendo de esta ley, cada proceso, tendrá una ecuación característica. La primera ley de la termodinámica está definida como [1]:

∑_entrada▒〖〖m( h + 1/2 v〗^2+ gz)+Q= dE/dt 〗+ ∑_salida▒〖〖m( h + 1/2 v〗^2+ gz)+W 〗 (1)

Donde:

m=masa del sistema (kg)

h=Entalpia del sistema (kJ/kg)

v=velocidad en el sistema (m/s)

g=gravedad (m2/s)

z= altura (m)

Q= calor del sistema (kJ)

W==Trabajo del sistema (kJ)

El ciclo de refrigeración es utilizado para eliminar calor de un medio a baja temperatura y transferirlo a un medio de mayor temperatura usando las propiedades térmicas del refrigerante. El costo de esta transferencia de calor es la potencia suministrada por el compresor. El refrigerante debe alcanzar temperaturas menores al ambiente, o medio a enfriar, y temperaturas más elevadas que el medio a donde se transfiere el calor.

Los componentes básicos para el ciclo de compresión de vapor son el compresor, el evaporador, el condensador y la válvula de expansión.

El ciclo ideal de refrigeración es representado por la linea continua de la figura 1, este es el ciclo saturado de refrigeración y es un ciclo teórico. El fluido entra al compresor como vapor saturado en 1, donde es elevada su presión y su temperatura por la compresión hasta el estado 2, transformándose en vapor sobrecalentado. La compresión es isentrópica, no hay fricción y el proceso es adiabático.

De 2-3 se representa el enfriamiento del vapor, desde la temperatura de salida del compresor hasta la temperatura de vapor saturado. En este recorrido no existe cambio de fase, manteniéndose vaporizado el refrigerante. Además, la presión se mantiene constante.

Figura 1. Diagrama Presión-Entalpia

Entre los puntos 3-4 ocurre la condensación del vapor, por lo tanto, el cambio de fase de vapor a liquido. La condensación es a presión y temperatura constante, y el calor entregado a los alrededores es la diferencia de entalpias entre los puntos 3 y 4. En el trayecto 2-4 está operando el condensador. En el cálculo del calor disipado durante el proceso de condensación, partiendo de la ecuación de la termodinámica para sistemas abiertos (1), se suponen las siguientes condiciones: no hay variación de altura entre los dos puntos, la velocidad se mantiene constante, no se realiza trabajo y el sistema se encuentra en estado estacionario. Resultando así la siguiente ecuación característica del condensador:

"Qc=m*" ("h2 - h4" ) (2)

Donde:

Qc=calor expulsado por el condensador (kJ/s)

m=flujo másico del refrigerante (kg/s)

h2= Entalpía de entrada del condensador (kJ/kg)

h4= Entalpía de salida del condensador (kJ/kg)

El liquido a alta presión pasa a través de la válvula de expansión, 4-5, donde disminuye su presión y temperatura y se convierte en una mezcla liquido-vapor. El proceso de expansión es adiabático y la entalpía del fluido no varía durante el proceso. La válvula de expansión tiene la finalidad de disminuir la presión del fluido.

En una válvula de expansión no se realiza trabajo y además es un proceso muy rápido, se puede suponer que no hay transferencia de calor. Asimismo, no hay variación de la altura, por tal razón, la energía potencial se cancela. En este equipo no ha cambio en el área de flujo entre la entrada y la salida, siendo la variación de la velocidad insignificante, eliminándose la energía cinética, además el proceso es en estado estacionario. Dentro del volumen de control sí hay variación de área de flujo y diversos perfiles de velocidad, pero como no hay acumulación, la velocidad de entrada debe ser la misma que la de salida. El balance de energía final es [1]:

"h4 "="h5" (3)

Donde:

h4= Entalpía de entrada de la válvula (kJ/kg)

h5= Entalpía de salida de la válvula (kJ/kg)

El fluido a baja presión entra al evaporador y es evaporado por absorción de calor, a presión y temperatura constante, siendo vapor saturado. En esta etapa la entalpía de fluido aumenta y absorbe calor del ambiente. El calor absorbido es la diferencia de entalpías entre 5 y 1. El balance de energía para el evaporador, cumple las mismas condiciones que para el condensador resultando:

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