E-95 Informe 3 Diego Vargas Ponce Grupo 2

8/3/2019 E-95 Informe 3 Diego Vargas Ponce Grupo 2

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE

CHILEFACULTAD DE INGENIERADepartamento de Ingeniera Mecnica

SANTIAGO

TITULO DE LA EXPERIENCIA

____________________ ______________________Sistema deRefrigeracin________________________________________

EXPERIENCIA N ___E-95___Grupo N__02_ __Fecha de la Exp____27/12/2011___ Fecha deEntrega ___03/01/2012____

NOMBREASIGNATURA____________Termodinamica_____________________________CODIGO___15062____

CARRERA ____Ing. de ejecucin en mecnica________________ Modalidad (Diurna oVespertina)_______Diurna_______________

NOMBRE DEL ALUMNO ________Vargas______________ Ponce_______________ DiegoMauricio_____________

Apellido Paterno Apellido Materno Nombre

_______ D.V.P__________Firma del alumno

Fecha de Recepcin

Nota de Interrogacin ________________ Nombre del Profesor _______Ivn Jerez

Flores_________________

Nota de Participacin ________________

Nota de Informe ____________________

_________________________________Nota Final __________________ ______ Firma delProfesor


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________Caractersticas Tcnicas ________ Discusin,

conclusiones

________Descripcin del Mtodo seguido _______ Apndice

OBSERVACIONES

ndicendice .................................................................................................................................2Resumen del contenido del informe ..................................................................................3Objetivos ............................................................................................................................4Caractersticas tcnicas de los equipos e instrumentos utilizados ....................................5

................................................................................................................... 6Descripcin del mtodo utilizado .....................................................................................10Presentacin de resultados .............................................................................................11

Conclusin .......................................................................................................................14Apndice ..........................................................................................................................15Desarrollo de los clculos ................................................................................................17bibliografa .......................................................................................................................22


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Resumen del contenido del informe

En el presente informe entregaremos todo lo referente a la experiencia E95 "sistema derefrigeracin " , en donde se podr encontrar todo el procedimiento , la instrumentacin

requerida , y los clculos utilizados para un anlisis profundo y didctico sobre elsistema de refrigeracin domestico analizado. se especificaran la instrumentacin quelo componen y los tipos de procesos que este realiza mediante dos ciclostermodinmicos, se analizaran las temperaturas y las presiones de trabajo de estesistema para comparar un ciclo de manera ideal y un ciclo real. se encontrara unapequea introduccin referida al tema de la refrigeracin y la utilizacin derefrigerantes o fluidos refrigerantes utilizados en la experiencia. se presentan resultadosy el grafico final con la representacin de los ciclos termodinmicos que realiza estesistema de rrefrigeracion.se sealan las formulas utilizadas y una conclusin sobre eltema tratado y los valores obtenidos.


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Objetivos

OBJETIVO GENERAL

Capacitar al alumno para que reconozca, identifique y utilice los principiostermodinmicos asociados a un ciclo de refrigeracin por compresin de vapor, as comolos aspectos prcticos de un sistema de refrigeracin domestico.

OBJETIVOS ESPECFICOS

a) El alumno ser capaz de identificar y correlacionar los diferentes componentes delsistema de refrigeracin con los principios termodinmicos del ciclo.

b) Podr representar en el diagrama T-s, y p-h el ciclo de refrigeracin standar y realde funcionamiento.


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Caractersticas tcnicas de los equipos e instrumentosutilizados

Termmetro:de marca Fluke 52 series II, es digital de alta precisin, que permite el uso de 2termopares en forma simultnea para hacer contrastes y comparaciones.

1.- Entrada del termopar T12.- Entrada del termopar T23.- Funda

4.- Pantalla5.- Botones6.- Puerta de la batera7.- Bateras

1.- Compensacin de la medida2.- Bloqueo de las lecturas3.- Funcin secundaria activada4.- Configurando instrumento

5.- Batera descargada6.- Pantalla primaria Lectura T1,T2 o T1-T2

7.- Unidad de la temperatura


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8.- Lectura T1 o T29.- Tipo de termopar10.- Tiempo trascurrido

Especificaciones

Precisin Lectura: Sobre -100C: J,K,T y E [0.05% + 0.3C]

Bajo -100C: J,K y E [0.20% + 0.3C]

tipo T [0.50% + 0.3C]

Rango Temperatura:

J:

-210 C a 1200 C

K:

-200 C a 1372 C

T:

-250 C a 400 C

E:

-150 C a 1000 C

Temperatura operativa: -10 C a 50 C

Escala Trmica: ITS-90

Humedad operativa: 0% a 90%; 0 C a 35 C

0% a 70%; 0 C a 50 C

Tamao: 173 mm x 86 mm x 38 mm

Peso: 400 gr

Bateras : 3 bateras AA, 1000 horas de

uso

TermoparesInmersin: este tipo de termopares es ideal para las mediciones de temperatura delquidos y gases que presenten ciertos riesgos al momento de obtener los dato, la forma


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de este termopar permite obtener estos datos a una distancia ms prudente , evitandoencontrarse a temperaturas muy altas o exponerse a periodos extensos en contacto conestas sustancias peligrosas para el operador de el instrumento.

PresinBarmetro y termmetro de mercurio

marca : E. shilttknecht ing.sia

procedencia : Zrich

Error instrumental barmetro : 0.006 mmHg

Resolucin del termmetro: 0.5 C

escala del termmetro: 1C

Compresor alternativo, mono-cilindro:

- Marca: Electrolux

- Modelo: L 55 AT

- Frecuencia de Trabajo: 60 Hz

Condensador:


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Evaporador:

Dispositivo de Expansin:

Manmetro:

- Posee 2 escalas de presin:

0 500 (designada de color rojo)


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0 35 (designada de color negro)

- Posee 3 escalas de Temperatura (para el refrigerante):

-40C a 71C (502)

-40C a 70C (R -22)0C a 71C (R-12)

Manovacuometro:

- Rango de Operacin: -30 a 0 inHg / 0 a 60 Psi

- Resolucin: 1 [inHg]


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Descripcin del mtodo utilizado

Se comenz la experiencia dando una referencia terica sobre los principios y losconceptos bsicos de refrigeracin, dando a conocer un esquema representativo

de un sistema de refrigeracin domestico, se indican los componentes de estesistema como el compresor, el condensador , el evaporador y el dispositivo deexpansin. luego de esto se hace referencia al sistema de refrigeracin domesticomontado en el laboratorio de ingeniera mecnica en donde estos equipos seencuentran ensamblados de manera que se pueda apreciar el ciclo que estosrealizan, se hace referencia sobre el liquido o sustancia refrigerante que este cicloutiliza ( R-12) dando a conocer las propiedades qumicas y fsicas de este.

luego de esta descripcin terica se procede a trabajar de manera presencial enel sistema de refrigeracin domestico del laboratorio, sealando sufuncionamiento, parte de como se energiza este sistema y las partes o puntosdonde se pueden obtener las distintas medidas experimentales para poder aplicartoda la teora y plasmar grficamente este ciclo de refrigeracin.

se procede con la instalacin de las termocuplas de inmersin en cada uno de lospuntos en que el sistema de refrigeracin nos permite obtener la temperatura delliquido refrigerante en cada uno de los procesos que realiza durante el ciclo.

ya que dentro del evaporador se encuentra una ampolleta en su interior parasimular una carga trmica dentro de este, se deja realizar este ciclo en un tiempode aproximadamente 15 minutos para apreciar el efecto del evaporador sobreesta ampolleta.

luego de transcurrido este tiempo se puede apreciar una cierta estabilidad en lastemperaturas en cada uno de los puntos del ciclo y se procede con obtener lasmedidas entregadas por los termmetros digitales. otra de las medidas obtenidasen esa estabilidad de las temperaturas , es las medidas obtenidas en elmanmetro y en el manovacuometro que tiene este ciclo

una vez obtenidas estas medidas se hace entrega de un grafico en donde se debe

representar el ciclo de refrigeracin ideal y el grafico de refrigeracin real. luego


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de graficar estos ciclos en el grafico entregado se encontrara valores de entalpiaspara posteriormente calcular las potencias en cada proceso o fase del ciclo derefrigeracin domestica

Presentacin de resultados

Potencias IdealesW compresor 739.702 [ kJ/hr ] - 205.473 [W]W condensador 2479.002 [ kJ/hr ] - 688.612 [W]W evaporador 1739.299 [ kJ/hr ] - 483.139 [W]

Potencias RealesW compresor 758.315 [ kJ/hr ] - 210.643 [W]W condensador 2521.398 [ kJ/hr ] - 700.389 [W]W evaporador 1763.083 [ kJ/hr ] - 489.745 [W]


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Conclusin

Luego de haber analizado y concluido esta experiencia podemos evidenciar que esistema de refrigeracin termodinmico es ms comn y cotidiano que existe , yaque se encuentra en la mayora de los refrigeradores de casa. al analizarlo

podemos tener una referencia sobre cmo funcionan estos sistemas derefrigeracin , como tambin conocer los dispositivos y equipos utilizados que seocupan, la forma en que estos se conectan y funcionan entre s para logar laaplicacin de sus propiedades a un sistema de refrigeracin.

luego de obtener y graficar los datos experimentales y calculados podemosconcluir diversas informaciones que estos datos nos entregan. pudimos obtenerlas potencias requeridas por cada uno de los equipos e instrumentos que

componen el ciclo. analizando de dos maneras este ciclo se puede evidenciar unadiferencia en los valores para un ciclo con temperaturas idealizadas y en un ciclocon las medidas de las temperaturas en pleno trabajo o accionamiento delexperimento. una de las diferentes razones por la que estas medidas odiferencias entre el ciclo ideal y el real son diferentes son que por ejemplo en elciclo real en el punto 1 se genera un recalentamiento a la salida del compresor yen el punto 3 de este mismo ciclo un enfriamiento a la salida del condensador ,dando a conocer que es muy poco probable o posible que exista el ciclo ideal soloes un valor terico que ayuda a tener un panorama generalizado sobre el ciclo derefrigeracin analizado. las potencias mas requeridas podemos evidenciar que eldispositivo que ms potencia requiere es el condensador ya que este libera mscalor que el entregado o absorbido por la fuente a enfriar.

Luego de esto podemos concluir que el ciclo de refrigeracin cubre una gran partede muchos sistemas de enfriamiento y una de sus funciones es la de mantener enun cuerpo o un volumen a una temperatura menor a la temperatura del ambienteabsorbiendo el calor entregado por este cuerpo o volumen. tiene variadasaplicaciones en diferentes campos ya sea en la conservacin de alimentos y

sistemas de aire acondicionado, con algunas modificaciones pero con el mismoprincipio utilizado en esta experiencia.


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Apndice

Objeto y procesos de la refrigeracin

La refrigeracin se emplea para extraer calor de un recinto, disipndolo en el medioambiente. Como estapuede ser tambin la definicin del enfriamiento comn, precisaremos un poco ms: sedice que hay refrigeracincuando la temperatura deseada es menor que la ambiente. En este aspecto un equipofrigorficofunciona como una bomba de calor, sacando calor de la fuente fra y volcndolo a la

fuente clida: aire,agua u otro fluido de enfriamiento. Es de gran importancia en la industria alimentaria,para la licuacin degases y para la condensacin de vapores.

Clases de procesos frigorficosLa refrigeracin se puede producir por los medios siguientes.

Medios termoelctricos. Sistemas de compresin de vapor. Expansin de gases comprimidos. Expansin estrangulada o expansin libre de gases comprimidos.

En la mayor parte de los sistemas industriales, comerciales y domsticos se usa lasegunda opcin, es decir,los sistemas por compresin de vapor. Por su difusin se destacan dos sistemas: larefrigeracin porcompresin de vapor y la refrigeracin por absorcin. Ambos tipos producen una reginfra por evaporacinde un fluido refrigerante a baja temperatura y presin. En la refrigeracin porcompresin se consumeenerga mecnica en un compresor que comprime el fluido de trabajo evaporado queviene del evaporador


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(cmara fra) de modo que el calor que tom el fluido refrigerante en el evaporadorpueda ser disipado a unnivel trmico superior en el condensador. Luego de ello el fluido pasa a un expansor quees una simple vlvulao restriccin (orificio capilar) de modo que el fluido condensado (lquido) a alta presinque sale relativamente

fro del condensador al expandirse se vaporiza, con lo que se enfra considerablementeya que paraello requiere una gran cantidad de calor, dada por su calor latente de vaporizacin, quetoma precisamentedel recinto refrigerado.

En la refrigeracin por absorcin, el calor que toma el fluido refrigerante a bajatemperatura y presin escedido a temperatura intermedia y alta presin luego de haber sido evaporado de unasolucin por mediode calentamiento. Se diferencia del anterior por no requerir energa mecnica (no hay

compresor) y se puedeusar cualquier fuente de calor que resulte econmica.

Fluidos frigorficos

La siguiente tabla proporciona las siglas o formas abreviadas de los nombres de muchosfluidos refrigerantesusados en la actualidad. Adems de las siglas que figuran en la tabla existen muchasdenominacionescomerciales.


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el utilizado en la experiencia es el R-12.

Desarrollo de los clculos

datos obtenidos en la experiencia de laboratorio:


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Presiones

Utilizando las presiones absolutas , es decir la suma de la presin de trabajo ms laspresiones atmosfricas nos queda:

temperaturas en C :

Datos del compresor:

luego utilizando las presiones , y utilizando el grafico P-h entregado por el profesor.trazamos las dos presiones absolutas para trabajar e identificamos los puntos quedebemos analizar

patm 719torr:== 719 [mmHg]

pcondensador 13.5kg

cm2

:=

pevaporador 15lb

in2

:=

p

absolutacondensador

p

atm

p

condensador

+:=

pabsolutacondensador 14.1976bar=

pabsolutaevaporador patm pevaporador+:=

pabsolutaevaporador 1.9928bar=

t1 = 5.6 C

t2 =72.5 C del compresor

t3 = 54 C del condensador

t cmara = - 3.2 C

diametro 25m:=

Lcarrera 20m:=

n 2800rpm:=

z 1:=


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punto 1: es la interseccin de la horizontal de la presin de evaporacin con la lnea dela campana de saturacin en donde el titulo de ese punto es igual a 1

punto 2 : desde el punto anterior se sigue el camino de la curva isoentropica hasta lainterseccin con la segunda presin trazada de forma horizontal en donde es la presin

de condensacin

punto 3 :se traza una horizontal desde este punto hasta el punto de interseccin de lacampana de saturacin , el titulo en este punto es igual a 0

punto 4 : en el punto anterior se traza una vertical hacia la presin de evaporacin, enla interseccin entre la vertical y la horizontal de esta presin se encuentra el punto 4.

uniendo estos puntos podemos observar nuestro ciclo ideal .

trazando una vertical en cada uno de estos puntos podemos calcular las entalpias deestos puntos

estas entalpias son :

luego para calcular el flujo msico utilizaremos los datos del compresor y el dato de

v1 0.0825m

3

kg:=

utilizaremos la formula de :

calculando obtendremos:

h1ideal 1145kJ

kg:=

kJ

h2ideal 1182kJ

kg:=

kJ

h3ideal 1058kJ

kg:=

kJkJ

h4ideal h3ideal:= h3ideal

flujomasicoideal diametro

2 Lcarrera n z

4v1

:=

flujomasicoideal 19.99195325kg

hr:=


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con este dato calcularemos las potencias en el compresor ,condensador y evaporador :

luego para el ciclo real se trazaran los puntos y utilizando los puntos de temperatura

punto 1 : con la presin de evaporacin trazada en el ciclo ideal y la curva isotrmicarepresentativa de la temperatura del evaporador ( t1)

punto 2: luego desde el punto 1 se traza una lnea hacia la interseccin de la horizontalque representa la presin de condensacin con la curva isotrmica de la temperaturadel compresor ( t2)

punto 3: es la interseccin de la presin de condensacin con la curva representativa dela temperatura del condensador (t3). este punto se encuentra en la zona de liquidosubenfriado.

punto 4: desde el punto 3 se traza una lnea vertical ( isoentlpica) hasta la interseccincon la horizontal que representa la presin de evaporacin

uniendo estos puntos se puede representar el ciclo real. trazando una vertical desdeestos puntos para poder encontrar las entalpias aproximadas para este ciclo real:

Wcp flujomasicoideal h2ideal h1ideal( ):=

Wcp 739702.27J

hr= Wcp 205.473W=

Wcd flujomasicoideal h2ideal h3ideal( ):=

Wcd 2479002.203J

hr= Wcd 688.612W=

Wevap flujomasicoideal h1ideal h4ideal( ):=

Wevap 1739299.933J

hr= Wevap 483.139W=

h1real 1150kJ

kg:=

kJkJ

h2real 1190kJ

kg:=

kJkJ

h3real 1057kJ

kg:=

kJkJ

h4real h3real:= h3real


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nuevamente utilizando la formula de flujo msico y utilizando v2 0.087m

3

kg:= encontrado

grficamente, calculamos:

finalmente calculamos las potencias :

flujomasicoreal diametro

2 Lcarrera n z

4v2

:=

flujomasicoreal 18.9578867kg

hr:=

Wcpreal flujomasicoreal h2real h1real( ):=

Wcpreal 210.643W= Wcpreal 758315.468J

hr=

Wcdreal flujomasicoreal h2real h3real( ):=

Wcdreal 700.389W= Wcdreal 2521398.931J

hr=

Wevapreal flujomasicoreal h1real h4real( ):=

Wevapreal 489 .745W= Wevapreal 1763083.463J

hr=


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bibliografa

1.-Guia de la experiencia E-95 "refrigeracin" del departamento de ingeniera mecnicade la universidad de Santiago de Chile

http://dimec.usach.cl/images/guias/54/E95_Refrigeracion_2002.doc

2.- http://en.wikipedia.org/wiki/Revolutions_per_minute

3.- http://es.wikipedia.org/wiki/Revoluciones_por_minuto

4.- "Introduccin a la Termodinmica, con algunas aplicaciones ", Jorge Rodrguez,Capitulo 10 "ciclos frigorficos", pg. 429.

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