Lab. Nº 1 Monitoreado y análisis de un sistema de refrigeración por compresión de vapor FINAL

LABORATORIO No 1 REFRIGERACIÓN Y AIRE ACONDICIONADO MEC-3338

MONITOREADO Y ANALISIS DE UN SISTEMA DE REGRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR

1. INTRODUCCIÓN.

La refrigeración reduce y mantiene la temperatura de un recinto por debajo de la temperatura circundante.

1.1. ANTECEDENTES.

Para desarrollar el análisis del Sistema de Refrigeración por Compresión de Vapor utilizaremos un refrigerador doméstico de baja potencia y dimensiones en el cual se observará la conservación de productos a una temperatura inferior a la temperatura del medio.

1.2. OBJETIVOS.

A través del monitoreo del funcionamiento del sistema de refrigeración por compresión de vapor de la conservadora del laboratorio:

Reconocer y establecer las funciones de los elementos del Sistema. Conocer y comprender el funcionamiento de un sistema de refrigeración a través de la

medición de sus parámetros más característicos. Asociación objetiva entre el sistema de refrigeración, su carga térmica y su consumo

energético. Precisar la naturaleza del servicio de refrigeración del sistema. Desarrollo de un modelo de comportamiento del sistema a partir de los parámetros de

funcionamiento medidos.

1.3. FUNDAMENTO TEÓRICO.

1.3.1. REFRIGERACIÓN.

La refrigeración conocida comúnmente como un proceso de enfriamiento, se define más correctamente como:

“Remoción de calor de una sustancia para llevarla o mantenerla a una temperatura convenientemente baja, inferior a la temperatura del ambiente.”

Es conveniente clasificar las aplicaciones de la refrigeración en las siguientes categorías; doméstica, comercial, industrial, y de Aire Acondicionado, siendo los principales métodos de refrigeración los de Sistemas de Refrigeración por Compresión de Vapor y Sistemas de Refrigeración por Absorción. A veces se considera a la refrigeración aplicada al transporte como una categoría de clasificación.

La refrigeración doméstica se utiliza en la preparación y conservación de los alimentos, fabricación de hielo y para enfriar bebidas en el hogar. La refrigeración comercial se utiliza en las tiendas de venta al menudeo, restaurantes e instituciones, con los mismos fines que en el hogar. La refrigeración industrial es necesaria en la industria alimentaria para el procesamiento, preparación y preservación en gran escala. Aquí se incluye su utilización en las plantas de enfriamiento y congelación de alimentos, cámaras frigoríficas, cervecerías y lecherías, para citar solamente unas pocas aplicaciones. La criogénesis o enfriamiento a muy bajas temperaturas, empleada para la licuar algunos gases o para algunas investigaciones científicas.

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Los Motores de combustión interna en la zona de las paredes de los cilindros y en las culatas de los motores se producen temperaturas muy altas que es necesario refrigerar mediante un circuito cerrado donde una bomba envía el líquido refrigerante a las galerías que hay en el bloque motor y la culata y de allí pasa un radiador de enfriamiento y un depósito de compensación. El líquido refrigerante que se utiliza es agua destilada con unos aditivos que rebajan sensiblemente el punto de congelación para preservar al motor de sufrir averías cuando se producen temperaturas bajo cero.

Las Máquinas herramientas también llevan incorporado un circuito de refrigeración y lubricación para bombear el líquido refrigerante que utilizan que se llama taladrina o aceite de corte sobre el filo de la herramienta para evitar un calentamiento excesivo que la pudiese deteriorar rápidamente.

La refrigeración también se usa extensamente tanto en el Aire Acondicionado para el confort de las personas, como en el Aire Acondicionado para usos industriales. El aire acondicionado se utiliza para crear la temperatura, humedad y limpieza del aire necesarias en los procesos de fabricación. Las computadoras precisan de un ambiente controlado.

1.3.2. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.

Los denominados sistemas frigoríficos o sistemas de refrigeración corresponden a arreglos mecánicos que utilizan propiedades termodinámicas de la materia para trasladar energía térmica en forma de calor entre dos o más focos, conforme se requiera. Están diseñados primordialmente para disminuir la temperatura del producto almacenado en cámaras frigoríficas o cámaras de refrigeración las cuales pueden contener una variedad de alimentos o compuestos químicos, conforme especificaciones.

Fig. 1.3.1. Ejemplo de un sistema de refrigeración.

En el estudio acabado y diseño de estos sistemas frigoríficos se aplican diversas ciencias, tales como la química, en las propiedades y composición de los refrigerantes; la termodinámica, en el estudio de las propiedades de la materia y su energía interna; la transferencia de calor, en el estudio de intercambiadores de calor y soluciones técnicas; así como la ingeniería mecánica, en el estudio de compresores de gas para lograr el trabajo de compresión requerido. Se han mencionado estas disciplinas dejando de lado la electricidad, desde los tradicionales conocimientos en corrientes trifásicas para la alimentación de los equipos, hasta conocimientos relativamente avanzados en automatización y PLC, para el control automático que estos requieren cuando están operando en planta frigorífica.

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1.3.3. CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN.

Entre los métodos de refrigeración convencionales ya citamos el de Compresión de Vapor y el Sistema de Refrigeración por Absorción, pero además de estos existen diversos otros varios Sistemas Alternativos pero de poco abarque, entre los cuales encontramos los siguientes:

Refrigeración por compresión de Vapor.

Sistemas de refrigeración en cascada.

Sistemas de refrigeración por compresión de múltiples etapas.

Sistemas de refrigeración de propósito múltiple con un solo compresor.

Refrigeración por Absorción.

Refrigeración por absorción Agua-amoníaco.

Refrigeración por absorción Bromuro de litio-agua.

Refrigeración conforme zonas de frío

Con una zona de frío.

De dos o más zonas de frío

Refrigeración por Bomba de Calor.

Según el Tipo de Proceso.

Según el medio de origen y destino de la energía.

Según construcción o morfología.

Según funcionamiento.

Refrigeración Criogénica.

Refrigeración por Adsorción.

Refrigeración conforme alimentación de refrigerante.

Por expansión seca.

Con recirculación de líquido.

Refrigeración por Eyección.

Refrigeración Termoeléctrica.

Refrigeración Termoquímica.

Refrigeración de Motores.

Refrigeración por agua.

Refrigeración por aire.

Refrigeración por disolución.

Refrigeración por Gas.

Refrigeración por Gas simple.

Refrigeración por Gas con regeneración.

1.3.4. REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR.

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La refrigeración por compresión consiste en forzar mecánicamente la circulación de un fluido en un circuito cerrado creando zonas de alta y baja presión con el propósito de que el fluido absorba calor en un lugar y lo disipe en el otro.

Una máquina frigorífica por compresión, tiene por cometido desplazar energía térmica entre dos puntos. Para lograrlo se evapora un fluido dentro de un recinto cerrado, el cual tiene un contacto térmico con su entorno; al evaporarse el fluido líquido cambia de estado, ahora es vapor. Después, un compresor se encarga de condensarlo de nuevo, aumentando la presión, lo que además produce que aumente su temperatura, lo que facilita que en otro intercambiador de calor, ceda calor, enfriándose. El fluido pasa por una válvula de expansión, donde pierde bruscamente presión, se evapora y se enfría, y se vuelve a repetir el ciclo.

La palabra compresión en este caso es dedicada especialmente al compresor, entonces para producir frío por compresión se debe a, transformar un líquido a vapor y volver a prepáralo el mismo vapor a liquido para su futuro evaporación gracias a la compresión.

Fig. 1.3.2. Esquema y diagrama T-S para el ciclo real de refrigeración por compresión de vapor.

1.3.4.1. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN EN CASCADA.

Algunas aplicaciones industriales requieren temperaturas moderadamente bajas, y el intervalo de temperatura que involucran es demasiado grande para que un ciclo simple de refrigeración por compresión de vapor resulte práctico. Un gran intervalo de temperatura significa también un gran nivel de presión en el ciclo y un pobre desempeño en un compresor reciprocante.

Una manera de enfrentar esas situaciones consiste en efectuar el proceso de refrigeración por etapas, es decir, tener dos o más ciclos de refrigeración que operan en serie.

Tales procesos se denominan ciclos de refrigeración en cascada.

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Fig. 1.3.3. Ciclo de refrigeración en cascada de dos etapas.

1.3.4.2. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE MÚLTIPLES ETAPAS.

Cuando el fluido utilizado por todo el sistema de refrigeración en cascada es el mismo, el intercambiador de calor entre las etapas puede sustituirse por una cámara de mezclado (llamada cámara de vaporización instantánea), puesto que tiene mejores características de transferencia de calor.

A dichos sistemas se les denomina sistemas de refrigeración por compresión de múltiples etapas.

Fig. 1.3.4. Sistema de refrigeración por compresión de dos etapas con una cámara de vaporización instantánea.

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1.3.5. REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN.

El sistema de refrigeración por absorción es un medio de producir frío que, al igual que en el sistema de refrigeración por compresión, aprovecha que ciertas sustancias absorben calor al cambiar de estado líquido a gaseoso. Así como en el sistema de compresión el ciclo se hace mediante un compresor, en el caso de la absorción, el ciclo se basa físicamente en la capacidad que tienen algunas sustancias, como el bromuro de litio, de absorber otra sustancia, tal como el agua, en fase de vapor. Otra posibilidad es emplear el agua como sustancia absorbente (disolvente) y como absorbida (soluto) amoniaco.

Fig. 1.3.5. Ciclo de absorción simplificado.

Más en detalle, en el ciclo agua-bromuro de litio, el agua (refrigerante), en un circuito a baja presión, se evapora en un intercambiador de calor, llamado evaporador, el cual enfría un fluido secundario, que refrigerará ambientes o cámaras. Acto seguido el vapor es absorbido por el bromuro de litio (absorbente) en el absorbedor, produciendo una solución concentrada. Esta solución pasa al calentador, donde se separan disolvente y soluto por medio de calor procedente de una fuente externa; el agua vuelve al evaporador, y el bromuro al absorbedor para reiniciar el ciclo. Como los sistemas de compresión, el sistema requiere una torre de enfriamiento para disipar el calor sobrante.

En la práctica se usan más comúnmente los sistemas:

Refrigeración por absorción Agua-amoníaco: donde el agua es el absorbedor y el amoníaco el refrigerante.

Refrigeración por absorción Bromuro de litio-agua: donde el bromuro de litio es el absorbedor y el refrigerante el agua

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Fig. 1.3.6. Refrigeración por absorción de amoniaco.

1.3.6. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN CONFORME ZONAS DE FRÍO.

Los sistemas de refrigeración implementados tanto en plantas frigoríficas como en refrigeradores domésticos pueden catalogarse primeramente conforme las denominadas "zonas de frío" o temperaturas de frío para las cuales estos estén diseñados.

Fig. 1.3.7. Sala de recepción de planta frigorífica.

Con una zona de frío.Es el clásico arreglo en el cual el sistema opera bajo una sola temperatura de régimen de frío, es decir, entre una temperatura de condensación y una sola temperatura de evaporación del refrigerante.

De dos o más zonas de frío.Es aquel sistema en el cual el refrigerante -condensado a una sola temperatura- se evapora a distintos valores en función de distintos procesos. A modo de ejemplo, y para una planta frigorífica, una cámara de congelado y una cámara de productos frescos requieren distintas temperaturas de régimen y, por lo tanto, distintas temperaturas de evaporación del refrigerante.

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1.3.7. BOMBA DE CALOR.

Una bomba de calor es una máquina térmica que permite transferir energía en forma de calor de un foco a otro, y según se requiera. Para lograr esta acción, es necesario un aporte de trabajo dado que por la segunda ley de la termodinámica, el calor se dirige de manera espontánea de un foco caliente a otro frío, y no al revés, hasta que sus temperaturas se igualan. Este fenómeno de transferencia de energía se realiza principalmente por medio de un sistema de refrigeración por compresión de gases refrigerantes cuya particularidad radica en su válvula inversora de ciclo, la que puede invertir el sentido del flujo de refrigeración transformando el condensador en evaporador y viceversa.

Fig. 1.3.8. Operación de la bomba de calor – modo de calentamiento.

Fig. 1.3.9. Operación de la bomba de calor – modo de enfriamiento.

El principio de la bomba de calor se utiliza en sistemas de climatización, así como en sistemas domésticos de aire acondicionado dado que el ciclo reversible que tiene este sistema otorga la posibilidad tanto de extraer como de ingresar energía al medio enfriar o calentar con un mismo equipo, controlando arranques, paradas y el ciclo reversible en forma automática.

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1.3.7.1. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO.

Una bomba de calor de refrigeración por compresión emplea un fluido refrigerante con un bajo punto de ebullición. Éste requiere energía (denominada calor latente) para evaporarse, y extrae esa energía de su alrededor en forma de calor.

El fluido refrigerante a baja temperatura y en estado gaseoso pasa por un compresor, el que eleva su presión aumentando así su energía interna. Éste, al pasar por el intercambiador de calor llamado condensador, cede calor al foco caliente porque está aún más caliente que éste, donde cambia su estado a líquido. Después se le hace pasar por una válvula de expansión, donde recupera la presión inicial y se enfría bruscamente. Luego pasa por otro intercambiador de calor, el evaporador, donde absorbe calor del foco frío, puesto que está más frío que dicho foco. El fluido, que se ha evaporado, regresa al compresor, cerrándose el ciclo.

La válvula inversora de ciclo, o válvula inversora de cuatro vías se encuentra a la salida (descarga) del compresor y, según la temperatura del medio a climatizar (censada en presión de refrigerante sobrecalentado en la succión del compresor), conmuta invirtiendo el flujo de refrigeración.

La cantidad de calor que se puede bombear depende de la diferencia de temperatura entre los focos frío y caliente. Cuanto mayor sea ésta diferencia, menor será el rendimiento de la máquina.Las bombas térmicas tienen un rendimiento, denominado COP (coefficient of performance, en castellano, CEE coeficiente de eficiencia energética) mayor que la unidad. Aunque esto puede parecer imposible, se debe a que en realidad se está moviendo calor usando energía, en lugar de producir calor como en el caso de las resistencias eléctricas. Una parte muy importante de este calor se toma de la entalpía del aire atmosférico. En toda bomba de calor se verifica que el calor transmitido al foco caliente es la suma del calor extraído del foco frío más la potencia consumida por el compresor, que se transmite al fluido.

Q̇C=QF+W [kW ] (1.1)Dado que el efecto útil de una bomba de calor depende de su uso, hay dos expresiones distintas del COP. Si la máquina se está usando para refrigerar un ambiente, el efecto útil es el calor extraído del foco frío:

COP=QF

W (1.2)Si la bomba de calor está usándose para calentar una zona, el efecto útil es el calor introducido:

COP=QCW

=QF+WW (1.3)

Una bomba de calor típica tiene un COP de entre dos y seis, dependiendo de la diferencia entre las temperaturas de ambos focos.

1.3.7.2. CLASIFICACIÓN DE LAS BOMBAS DE CALOR.

Las bombas de calor se pueden clasificar de distintas maneras:

Según el Tipo de Proceso.

- Bombas de Calor, cuyo compresor está impulsado mecánicamente por un motor eléctrico de gas, diesel, o de otro tipo. - Bombas de Calor de accionamiento térmico (Bombas de Calor de absorción), en las que el ciclo se impulsa mediante calor a temperaturas elevadas. - Bombas de Calor electrotérmicas, que funcionan según el efecto Peltier.

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Fig. 1.3.10. Bomba de calor de compresion accionada por motor electrico y con motor a gas.

Según el medio de origen y destino de la energía:

Esta clasificación es la más utilizada. La Bomba de Calor se denomina mediante dos palabras. La primera corresponde al medio del que absorbe el calor (foco frío) y la segunda al medio receptor (foco caliente).

- Las bombas de calor aire-aire: son las que más se usan, sobre todo en climatización. - Bombas de calor aire-agua: se utilizan para producir agua fría para refrigeración o agua caliente para calefacción y agua sanitaria.

- Bombas de calor agua-aire: Permiten aprovechar la energía contenida en el agua de los ríos, mares, aguas residuales, etc. Producen unos rendimientos energéticos mejores que las que utilizan aire exterior.

- Bombas de calor agua-agua: son bastante parecidas a las anteriores.

- Bombas de calor tierra-aire y tierra-agua: Aprovechan el calor contenido en el terreno. Se basa en los principios de la geotermia; el intercambio de calor se hace con el subsuelo, porque ofrece temperaturas más ventajosas que las del aire exterior, siendo consecuentemente aún más eficiente, aunque la instalación también es más costosa.

Según construcción o morfología.

- Compacta: Todos los elementos que constituyen la Bomba de Calor se encuentran alojados dentro de una misma carcasa.-Split o partidas: Están constituidas por dos unidades separadas. Una exterior donde se aloja el compresor y la válvula de expansión y una unidad interior. De esta manera se evitan los ruidos en el interior local.-Multi-split: Están constituidas por una unidad exterior y varias unidades interiores.

Según funcionamiento.- Reversibles: Pueden funcionar tanto en ciclo de calefacción como en ciclo de refrigeración invirtiendo el sentido de flujo del fluido.

- No reversibles: Únicamente funcionan en ciclo de calefacción.

- Termofrigobombas: Producen simultáneamente frío y calor.

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1.3.8. REFRIGERACIÓN CRIOGÉNICA.

La criogenia (de las palabras griego KRYOS = frío y GENEIA = generación) es el conjunto de técnicas utilizadas para enfriar un material a la temperatura de ebullición del nitrógeno o a temperaturas aún más bajas. La temperatura de ebullición del nitrógeno, es decir 77,36[K] (o lo que es lo mismo -195,79[°C]) se alcanza sumergiendo a una muestra en nitrógeno líquido. El uso de helio líquido en lugar de nitrógeno permite alcanzar la temperatura de ebullición de éste, que es de 4,22[K] (-268,93[°C]).

La criogenia es ampliamente utilizada en tecnologías que dependen de la superconductividad, pues todos los superconductores conocidos lo son sólo a bajas temperaturas (la temperatura crítica superconductora más alta registrada hasta la fecha, a presión ambiente, está en torno a los 135[K], pero generalmente son mucho más bajas). Por ejemplo, los aparatos de resonancia magnética nuclear utilizados en medicina dependen de técnicas criogénicas para mantener la temperatura de los imanes superconductores que albergan.

Mediante el uso de técnicas más avanzadas es posible alcanzar temperaturas aún más cercanas al cero absoluto (del orden de la milésima de kelvin): refrigeradores de dilución y desmagnetización adiabática. Tales técnicas tienen su principal aplicación en el campo de la investigación, pues a temperaturas suficientemente bajas los efectos de la mecánica cuántica se hacen notar en cuerpos macroscópicos.

Fig. 1.3.11. Refrigeración con Nitrógeno líquido para alcanzar temperaturas más bajas usando helio líquido en procesos de criogenización.

También brinda esperanzas a personas que se sabe están próximas a morir y desean ser sometidas a la criogenia con el fin de dar el tiempo necesario al campo de la medicina para que encuentre la solución por la cual tomaron la decisión de congelarse. Sin embargo, con la implementación que lleva en la actualidad el criogenizarse, es muy difícil que funcione el método debido a los riesgos que se presentan, ya que el cuerpo humano está constituido en su mayoría de agua y ésta al congelarse tiende a formar cristales, los cuales perforan las células y crean un gran problema al momento de llevarse a cabo el proceso de descongelación. Esto, aunado a que, si funciona el método, la persona puede ser sometida a una gran carga emocional por adaptarse a su nuevo ambiente y superar la idea de que toda la gente que conoce y quiere probablemente haya muerto.

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1.3.9. REFRIGERACIÓN POR ADSORCIÓN.

Como adsorción se conoce la capacidad que tienen algunas sustancias de adsorber y retener dentro de su estructura morfológica a moléculas de otras sustancias, en una especie de "trampa laberíntica" donde la molécula "visitante" se introduce espontáneamente, pero luego no puede salir y queda retenida. Generalmente un calentamiento posterior, hace que la molécula retenida se libere y el elemento adsorbedor quede "limpio".

Fig. 1.3.12. Sistema de Refrigeración por Adsorción.

La adsorción es un fenómeno de adherencia superficial entre dos sustancias. Las moléculas de una y otra no llegan a interpenetrarse, tan solo quedan relacionadas al nivel de las capas exteriores. Se pueden distinguir la adsorción en la superficie de un líquido y en la superficie de un sólido (ya que solamente los líquidos y los sólidos presentan, en virtud de las características de sus estados, una superficie que delimita su volumen).

Hay muchas sustancias con esa capacidad, pero las más utilizadas en la práctica son el carbón vegetal activado, las zeolitas, las tierras de diatomeas y otras.

Este proceso se realiza a través de un compuesto químico cuya fórmula es H2O, a temperatura entre 0 – 100[ºC] (P = 1000[mbar]) es un líquido insípido, inodoro e incoloro en cantidades pequeñas; en grandes cantidades retiene las radiaciones del rojo, por lo que a nuestro ojos adquiere un color azul. Algunas propiedades termodinámicas del agua y el comportamiento de la adsorción del par adsortivo, agua-zeolita, en un diagrama isostérico.

Como los procesos de absorción y adsorción son en principio muy similares en cuanto a su resultado neto, la refrigeración por adsorción solo se diferencia de la de por absorción en la naturaleza de las sustancias adsorbedoras, el refrigerante y sus temperaturas de trabajo.Este método de refrigeración se ha considerado recientemente como una alternativa práctica para la utilización de fuentes renovables de energía en la producción de frío, y existen prototipos en uso en diferentes países, utilizando la energía solar diurna, para producir agua fría durante la noche.

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http://www.sabelotodo.org/combustibles/carbonvegetal.html

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1.3.9.1. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO DE ENFRIAMIENTO.

El proceso de enfriamiento se obtiene mediante la evaporación del refrigerante. Nuestro prototipo se encuentra diseñado para realizar esta evaporación en forma paulatina dosificando el ingreso del refrigerante al evaporador por medio de una válvula adecuada.

Para el inicio del proceso se requiere haber captado la totalidad del refrigerante líquido en la botella, con ello además se garantiza que el adsorbente se encuentre seco. Se cierra la válvula “A” y se abre la válvula “B” mientras que la válvula “C” es abierta para permitir el ingreso paulatino del refrigerante.

La presión durante el proceso de evaporación es alrededor de 1 mbar, es decir tenemos la etapa de “baja presión”. El ingreso del refrigerante en el evaporador hace que la presión dentro de él comienza a incrementarse, sin embargo ésta se mantiene baja hasta finalizar la etapa de adsorción, ya que los vapores son totalmente capturados por el adsorbente.

Fig. 1.3.13. Diagrama isostérico del prototipo UNI (esquemáticoAB: Adsorción isobárica – BC: Calentamiento isostérico.

CD: Regeneración isobárica – DA: Enfriamiento isostérico

1.3.10. REFRIGERACIÓN CONFORME ALIMENTACIÓN DE REFRIGERANTE.

Donde tenemos el funcionamiento por expansión seca y con recirculación de líquido.

Expansión seca.

Se les denomina sistemas de expansión seca, o directa- a los sistemas frigoríficos en los cuales la evaporación del refrigerante se lleva a cabo a través de su recorrido por el evaporador, encontrándose este en estado de mezcla en un punto intermedio de este. Estos sistemas, si bien son los más comunes, suelen ser de menor capacidad que los de recirculación de líquido.

Con recirculación de líquido

Lo que diferencia a los sistemas de recirculación de líquido a los de expansión directa es que el flujo másico de líquido a los evaporadores supera con creces al flujo de vapor producido en el evaporador. Es común el apelativo de “sobrealimentación de líquido” para los evaporadores de estos sistemas. Estos sistemas son preferentemente utilizados en aplicaciones industriales, con un número considerable de evaporadores y operando a baja temperatura.

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Fig. 1.3.14. Evaporadores inundados para amoníaco en cámara de refrigeración para frutas.

1.3.11. REFRIGERACIÓN POR EYECCIÓN.

Esta instalación es análoga, a una instalación con compresor, ya que consta de:

- Un evaporador, instalado en el recinto frigorífico, donde absorbe el calor "Qa".

- Un condensador, donde se cede al exterior un calor "Qc".

- Una válvula de expansión, donde se produce una caída de presión isentálpica.

- Eyector, caldera y bomba; que realizan la función del compresor, en una instalación por compresión.

Con este sistema, hoy en día aplicado exclusivamente al aire acondicionado, se logran alcanzar temperaturas de refrigeración del orden 3 a 10ºC.

El eyector es una máquina de rendimiento muy bajo, que consta de una tobera, donde se expansiona el vapor seco proveniente de la caldera, hasta presiones de 7 a 12 mbar, en un proceso termodinámico en donde se transforma la energía en forma de entalpía en energía cinética. Debido a esta caída de presión crea un vacío en la cámara de mezcla (ver esquema adjunto), en donde fluye del evaporador, el vapor saturado seco proveniente de la evaporación, se mezclan las dos corrientes de vapor y pasan a un difusor en donde se produce una compresión (transformación de la energía cinética en entalpía).

Fig. 1.3.15. Esquema de la instalación con eyector.

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Esta instalación realiza dos ciclos termodinámicos, uno correspondiente propiamente a la instalación frigorífica, y otra a la caldera.

Funciona de la siguiente manera:

- Después de expansionarse en la válvula de expansión el vapor de agua a baja temperatura (con bajo título), se evapora gracias al calor "Qa" sustraído al recinto frigorífico, pasando al estado 1 en forma de vapor de agua saturado seco.

- Este vapor se mezcla con el vapor producido en la caldera, en la cámara de mezcla del eyector, después de que este haya expansionado en la tobera del eyector (proceso 6-7); el estado termodinámico de la mezcla es "M". Una vez mezclado los dos flujos pasan al difusor donde aumenta la presión, hasta la presión del condensador.

Ambos caudales de vapor pasan al condensador donde sé licúan (estado líquido saturado correspondiente a la presión del condensador); al licuarse cede calor al exterior igual a "Qc"; una vez condensado el vapor, la mayor parte del caudal de agua pasa por la válvula de expansión, donde expansiona isoentalpicamente hasta la presión del evaporador, saliendo vapor húmedo con bajo título; la otra parte de agua líquida es aspirada por una bomba que aumenta la presión hasta la presión de la caldera (normalmente sobre 10 bar), en donde recibe calor "Qca" y se evapora totalmente obteniéndose en el punto 6 vapor saturado seco, que se dirige a la tobera del eyector.

Fig. 1.3.16. Refrigeración por eyección.

1.3.12. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN TERMOELÉCTRICO.

La teoría de un refrigerador termoeléctrico se fundamente en una serie de efectos físicos propios de los sólidos conductores y semiconductores. Dichos efectos termoeléctricos relacionan las interacciones entre los flujos de calor y eléctricos en una junta de dos materiales (conductores o semiconductores) diferentes.

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Fig. 1.3.17. Diagrama esquemático del Efecto Peltier.

Entre los efectos termoeléctricos se encuentran el efecto Seebeck, el efecto Peltier y el efecto Thomson. El principio de los refrigeradores de este tipo está basado en el efecto Peltier; en este tipo de refrigeradores, no se utiliza la unión de dos metales ya que la diferencia de temperatura producida es muy pequeña, en realidad lo que se utiliza es la unión de materiales semiconductores tipo n y tipo p, los cuales producen mayores diferencias de temperatura.

Fig. 1.3.18. Efecto de Peltier usado en la refrigeración termoeléctrica.

En el estudio de aplicaciones que pueden usar la refrigeración termoeléctrica, así como la elaboración de diferentes equipos de refrigeración que satisfagan las necesidades actuales en este campo hay que tener en cuenta que la refrigeración por métodos termoeléctricos podría sustituir en bastantes casos a los sistemas de refrigeración actuales, eliminando así el uso de los CFC, gases contaminantes que destruyen de la capa de ozono. Además de esta, la refrigeración termoeléctrica posee diversas ventajas, entre las que se pueden destacar:

Producción de frío y calor indistintamente simplemente invirtiendo la polaridad de la tensión aplicada.

Ser totalmente silenciosas, así como no producir vibraciones. Fácil variación de la potencia refrigerante, actuando sobre la tensión de alimentación. No necesitan mantenimiento. No posee elementos móviles. Asegura la estanqueidad del elemento a refrigerar. Puede funcionar en cualquier posición.

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En función de las características de la refrigeración termoeléctrica expuestas, el campo de estudio y aplicación de esta es muy amplio. Es posible el estudio de aplicaciones concretas tales como: refrigeración de cuadros eléctricos, refrigeración de frigoríficos portátiles. Son importantes las aplicaciones alternativas que puedan utilizar termoeléctrico, como pueden ser aplicaciones en medicina, sistemas de refrigeración de aire acondicionado para habitáculos reducidos, etc.

Fig. 1.3.19. Sistemas de Montaje Termoeléctrico.

1.3.13. SISTEMA TERMOQUÍMICO DE REFRIGERACIÓN.

Este sistema opera bajo el principio de que la reacción reversible entre el sólido y el gas se encuentra sujeta a los principios del equilibrio existente entre ambas fases, esto es que la reversibilidad de la reacción depende de la temperatura de la sal y la presión de vapor del gas presente. Así los niveles de temperatura son diferentes. Después de finalizada la reacción y extraído todo el calor útil, al igual que en la máquinas de refrigeración por absorción, se suministra una cantidad de calor al reactor para separar el fluido de trabajo requerido. Obviamente en su modo más simple, este es un sistema que opera de forma intermitente, ya que el reactor opera a niveles de presión y temperatura diferentes para la fase de reacción y regeneración. Un par de sustancias que se utilizan en estos sistemas son cloruro de manganeso con amoniaco.

Fig. 1.3.20. Refrigeración Termoquímica.

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1.3.14. SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DE MOTORES.

Durante el funcionamiento normal del motor, se genera una gran cantidad de calor, el cual deberá ser intercambiado con el medio ambiente para que no cause daños a los componentes móviles del motor.

Dado que la combustión produce calor, todos los motores deben disponer de algún tipo de sistema de refrigeración. Algunos motores estacionarios de automóviles y de aviones y los motores fueraborda se refrigeran con aire. Los cilindros de los motores que utilizan este sistema cuentan en el exterior con un conjunto de láminas de metal que emiten el calor producido dentro del cilindro. En otros motores se utiliza refrigeración por agua, lo que implica que los cilindros se encuentran dentro de una carcasa llena de agua que en los automóviles se hace circular mediante una bomba.

El agua se refrigera al pasar por las láminas de un radiador. Es importante que el líquido que se usa para enfriar el motor no sea agua común y corriente porque los motores de combustión trabajan regularmente a temperaturas más altas que la temperatura de ebullición del agua, esto provoca una alta presión en el sistema de enfriamiento dando lugar a fallas en los empaques y sellos de agua así como en el radiador; se usa un anticongelante pues no hierve a la misma temperatura que el agua, si no a mucho más alta temperatura, tampoco se congelará a temperaturas muy bajas.

Fig. 1.3.21. Esquema de Refrigeración con Ciclo de Aire Simple.

Otra razón por la cual se debe de usar un anticongelante es que este no produce sarro ni sedimentos que se adhieren en las paredes del motor y del radiador formando una capa aislante que disminuirá la capacidad de enfriamiento del sistema. En los motores navales se utiliza agua del mar para la refrigeración.

Fig. 1.3.22. Esquema de Refrigeración con Ciclo de Gas.

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CLASIFICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE ENFRIAMIENTO:

Los sistemas de enfriamiento se clasifican generalmente de acuerdo al tipo de elemento utilizado para enfriar el motor En algunos casos es un líquido y en otros es aire. Ambos elementos presentan características muy particulares.

En sistemas que manejan aire como elemento refrigerante, se requieren grandes cantidades de este elemento para enfriar al motor, por lo cual su uso está restringido a motores pequeños (como en el caso de algunas motocicletas) o en condiciones muy específicas. Generalmente el aire es llevado al exterior del cilindro el cual cuenta con una serie de aletas para mejorar la transferencia de calor, en otras ocasiones el aire es utilizado además para enfriar un radiador por el cual circula el aceite lubricante y es éste el que realmente enfría al motor.

Estos sistemas son muy confiables ya que no presentan fugas de la sustancia refrigerante pero no son tan eficientes como los que utilizan una sustancia líquida además de que proporcionan un mejor control de la temperatura en los cilindros y la cámara de combustión.

1.3.14.1. MOTOR REFRIGERADO POR AGUA.

El agua es el medio líquido para enfriar y deben tener cualidades tales como limpia y libre de sales, con aditivo para bajar el punto de congelamiento y con aditivo anticorrosivo para evitar la oxidación

Fig. 1.3.23. Sistema de enfriamiento por líquido.

Este intercambio, se hace por medio del sistema de refrigeración a través de un fluido circulante, en un sistema específicamente construido y dimensionado para permitir que el motor trabaje dentro de una temperatura ideal, lo más constante posible.

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Fig. 1.3.24. Sistema de refrigeración con agua

1.3.14.2. MOTOR REFRIGERADO POR AIRE.

En los pequeños motores de motocicletas, la corriente de aire de la marcha enfría el cilindro, cnie está fabricado de aleación ligera para mejorar la conductibilidad térmica; éste, va provisto de unas aletas (cuya longitud es proporcional a la temperatura alcanzada en las diferentes zonas del cilindro), que aumentan su superficie de refrigeración. Este sistema denominado refrigeración directa, es tanto más eficaz cuanto mayor sea la velocidad de desplazamiento.

Fig. 1.3.25. Refrigeración directa por aire.

Esta práctica, aplicada a los demás automóviles, es conocida con el nombre de refrigeración forzada., ya que el motor va encerrado en la carrocería, y por tanto en menor contacto con el aire durante el desplazamiento del vehículo. Su uso se generalizó a los motores de cilindros horizontales opuestos Panhard, Citroen y Corvair, a raíz de los buenos resultados conseguidos por Volkswagen.

Para ello se hace circular, entre los cilindros y las aletas, una fuerte corriente de aire producida por un gran ventilador o turbina, movido por el propio motor. El aire es canalizado de tal forma que rodee y refresque a los cilindros).

20


1.3.15. REFRIGERACIÓN POR DISOLUCIÓN.

Este tipo de refrigeración solo se utiliza para situaciones especiales donde no se puede acudir a la refrigeración convencional, por ejemplo, por carencia de electricidad.

Este método se basa en la capacidad que tienen algunas sales de enfriar notablemente la disolución, cuando se disuelven en un líquido como por ejemplo el agua, o en otros casos cuando entran como un segundo elemento al diagrama de fases moviendo a un valor más bajo la temperatura de fusión de un sólido, tal como el hielo.

Un ejemplo de la primera aplicación que puede servir para enfriar bebidas sin electricidad, se logra disolviendo suficiente cantidad de nitrato de amonio, en el agua donde se han sumergido las bebidas.

El segundo caso fue muy utilizado y aun se utiliza cuando se elaboran helados caseros por métodos tradicionales, y consiste en la adición de sal común en granos (sal gruesa o sal gema), al agua de las conocidas sorbeteras.

Esta adición de sal, baja notablemente la temperatura de la mezcla de agua e hielo que rodea a la cuba de mezclado, la que de cualquier otra forma no podría ser nunca menor que cero grados celsius (punto de fusión de hielo a presión normal).

1.3.16. REFRIGERACIÓN POR GAS.

En los sistemas de refrigeración con gas, el fluido de trabajo permanece siempre como gas. Se utilizan para conseguir temperaturas muy bajas que permiten la licuación de aire y otros gases y para otras aplicaciones específicas tales como la refrigeración en cabinas de aviones.

Fig. 1.3.26. Refrigeración de gas simple y Refrigeración de gas con regeneración.

1.3.17. CARGA DE REFRIGERACIÓN.

La carga de refrigeración es la cantidad de remoción de calor del espacio refrigerado, que se requiere para mantener el espacio o el producto a las condiciones deseadas.

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http://www.sabelotodo.org/termicos/diagramadefases.html


La carga es el resultado de las ganancias de calor a partir de varias posibles fuentes las cuales es posible clasificar convenientemente según las siguientes categorías:

a) Calor procedente del producto que se va a refrigerar.b) Calor procedente de la infiltración de aire caliente a través de las puertas de

refrigerador.c) Calor de elementos internos: Ganancias térmicas de fuentes internas, que no sean los

productos. Estas incluyen por lo general, las lámparas y los motores.d) Calor por Transferencia de Calor: A través de paredes, pisos, cielo raso o techo.e) Calor aportado por el cuerpo humano.

1.3.17.1. CARGA DE ENFRIAMIENTO DEL PRODUCTO.

Los productos que se refrigeran se vuelven parte de la carga de refrigeración debido a dos efectos. Primero, es preciso remover calor del producto para llevarlo a las condiciones de almacenamiento. Esto se llama Carga De Enfriamiento. Segundo, algunos productos continúan emitiendo calor en condiciones de almacenamiento.

El cálculo de calor removido de los productos para llevarlos a las condiciones de almacenamiento, depende de las condiciones iniciales y finales. Si el producto se enfría a una temperatura por encima del punto de congelación, la carga equivale al calor sensible por encima de la congelación:

Q̇1=m∗c1∗(T f−T0 ) [kW ] (1.4)

Dónde:

Q̇1= Cantidad de calor removido del producto.m= Cantidad de producto enfriado.c1= Calor Específico del producto, por encima del punto de congelación.T f−T 0= Cambio en la Temperatura del producto por encima de la congelación, de la temperatura inicial a la temperatura final.Si se va a congelar el producto entonces la carga se compone también del calor latente de fusión y el calor sensible de enfriamiento al enfriar el producto por debajo de la temperatura de congelación.La remoción del calor latente para congelación se determina a partir de la siguiente ecuación.

Q̇2=m∗h f [kW ] (1.5)

Dónde:

Q̇2= Cantidad de calor removido del producto.m= Cantidad de producto enfriado.h f= Calor Latente de fusión del producto.Para determinar el calor sensible por debajo del punto de congelamiento se utiliza la ecuación semejante a la (3.3.1) excepto que el calor específico es el del producto de congelamiento.

Q̇3=m∗c2∗(T f−T 0) [kW ] (1.6)

Dónde:

Q̇3= Cantidad de calor removido del producto.m= Cantidad de producto enfriado.c2= Calor Específico del producto, por debajo del punto de congelación.

22


T f−T 0= Cambio en la Temperatura del producto por encima de la congelación, de la temperatura inicial a la temperatura final.1.3.17.2. CARGA POR INFILTRACIÓN DE AIRE.

Cada Vez que se abren las puertas del refrigerador, tiene lugar la infiltración de aire desde el exterior. La entalpía de esta cantidad de aire desde el exterior, es mayor que la del espacio refrigerado. La diferencia entre estas entalpías provoca que el aire externo se infiltre y provoque una cantidad de calor que es necesario remover por un proceso de refrigeración. Esta carga incluye el calor sensible del aire infiltrado y el calor latente de condensación del vapor de agua presente en el aire.

Siempre es necesario proceder en mayor o menor medida a una aireación de la cámara fría. En ocasiones esta ventilación se produce por la frecuencia de apertura de las puertas para la entrada y salida de género, pero si esto no fuera suficiente debería procederse a la utilización de sistemas de ventilación forzada complementarios. El número de renovaciones puede establecerse por hora o por día. En este último caso la expresión a utilizar sería:

Qr=V∗( Δh)∗n (1.7)

Qr=Potencia ..calorifica . .aportada . . por . .el . .aire .(KJ /dia)V=Volumen . .de . .la . .camara .(m3)n=Numero ..de . . renovaciones .de .aire . . por . .diaΔh=Calor . .del . .aire ..en . .KJ /m3

En la tabla 3 pueden observarse los valores normalmente empleados para la evaluación de (n/d) para cámaras negativas y cámaras por encima de 0 "C en función del volumen de las mismas.

Tabla 1.3.1. Renovación del aire diario por las aberturas de puertas para las condiciones normales de explotación cámaras negativas y cámaras por encima de 0 C.

En la tabla 4 se pueden observar los valores del calor del aire en (kJ/m 3) que penetra en la cámara para distintas condiciones de temperatura y humedad relativa. Este dato también puede obtenerse de la utilización en términos diferenciales del diagrama psicrométrico. Los valores obtenidos representan el calor necesario para abajar la temperatura de 1m3 de aire de las condiciones de entrada hasta las condiciones de temperatura final de la cámara.

23


Tabla 1.3.2. Calor del aire en KJ/m3 para el aire exterior que penetra en la cámara fría.Esta potencia calorífica debida al aire exterior la hemos obtenido en Kj/d Es decir kilojulios partidos por día, por comodidad. Cuando sumemos esta potencia a la demás habrá que convertir esta unidad a la que empleamos de forma general.

1.3.17.3. CARGAS POR FUENTES INTERNAS.

Esta carga toma en cuenta los elementos internos que utilizan energía eléctrica y la disipan en forma de calor, se debe considerar que la mayoría de las fuentes internas solamente entran en funcionamiento durante el tiempo que se mantiene abierta la conservadora, u otros como el compresor que tienen servicio intermitente..

En nuestra práctica observamos que dentro el sistema existe una Lámpara generadora de luz cuyo análisis se encuentra en la parte de procesamiento de datos.

Las lámparas existentes en el interior de la cámara liberan un calor equivalente a

QL=P∗t24 (1.8)

P=Potencia . .. total . ..de . . .todas . .. las . .lamparas .. .en ..Wt=Duracion . .o .. tiempo . .de . . funcionamiento . .en(h/dia )QL=Potencia ..ocacionada .. por . .la .. iluminacion .. .W

Si las lámparas son del tipo fluorescentes se multiplica la [potencia total de todas las lámparas por el factor 1.25 para considerar el consumo complementario de las reactancias.

Si no se conoce la potencia de las lámparas puede estimarse un valor comprendido entre 5 y 15 W/m2 de planta de cámaras.

También se puede considerar el aporte del compresor el tener como dato su potencia de la placa de características.

1.3.17.4. CARGA TÉRMICA POR TRANSFERENCIA DE CALOR.

Esta carga corresponde mayormente al flujo de calor del medio ambiente hasta el recinto de refrigeración por las caras laterales, superior e inferior según la ecuación general de transferencia de calor, este análisis se realiza de la siguiente manera.

1.3.17.4.1. FLUJO DE CALOR EN PAREDES LATERALES.

24


Analizando un flujo de calor igual a:Q̇PL=UPL APL (T amb−T PI ) [W ]

(1.9)Dónde:

Q̇PL = Flujo de Calor por paredes laterales.

U PL [W /m2K ] = Coeficiente global de Transferencia de calor en las paredes laterales.APL = Área de paredes laterales.T amb = Temperatura Ambiente.T PI = Temperatura de aire interno de pared.Donde el procedimiento para determinar el coeficiente global de transferencia de calor es el siguiente:

U PL=1

1hi 1

+δ xk AIS

+ 1he1

[ W

m2K ](1.10)

Dónde:

δ x = Espesor de Aislante – Espuma de Poliuretano.

k AIS = Conductividad de Aislante – Espuma de Poliuretano.

Para determinar los coeficientes de convección se analiza la convección natural, de la siguiente manera:

NuPL=C∗(GrPL*PrPL)nKPL=hi1∗hk i1 (1.11)

Dónde:GrPL = Número de Grashoff a las condiciones internas. PrPL = Número de Prandtl a la temperatura interna. k i1 = Conductividad del Aire a la temperatura interna. hi 1 = Convectiva Interna de la pared lateral interna.h = Altura de la conservadora.

Además las constantes C y n se determinaran de tablas según la forma de la superficie donde se realiza convección y la constante K será:

K PL=[1+(1+ 1

√PrPL)2 ]

−0 ,25

(1.12)

Todas las propiedades se evalúan a la temperatura interna de pared lateral interna. El procedimiento para determinar la Convectiva externa se realiza utilizando las mismas relaciones, simplemente analizando las propiedades a temperatura ambiente.

Finalmente después de determinar los coeficientes de convección interno y externo se utilizará la relación (1.8) para determinar el flujo de calor en las paredes laterales.

25


1.3.17.4.2. FLUJO DE CALOR EN PARED SUPERIOR.

Analizando un flujo de calor igual a:

Q̇PS=U PS APS (T amb−T PS ) [W ](1.13)

Donde:

Q̇PS = Flujo de Calor por pared superior.APS = Área de pared superior.T amb = Temperatura Ambiente.T PS = Temperatura de aire interno de pared superior.

U PS [W /m2K ] = Coeficiente global de Transferencia de calor en la pared superior.

Donde el procedimiento para determinar el coeficiente global de transferencia de calor es el siguiente:

U PS=1

1hi2

+δ xkAIS

+ 1he2

[ Wm2K ](1.14)


NuPS=C∗(Gr PS*PrPS )nK PS=hi2∗ak i2 (1.15)

Dónde:GrPS = Número de Grashoff a las condiciones internas. PrPS = Número de Prandtl a la temperatura interna. k i2 = Conductividad del Aire a la temperatura interna. hi 2 = Convectiva Interna de la pared superior interna.a = Ancho de la conservadora.

Las constantes C, KI y n se determinaran de tablas según la forma de la superficie donde se realiza convección. Todas las propiedades se evalúan a la temperatura interna de pared superior interna.

El procedimiento para determinar la Convectiva externa se realiza utilizando las mismas relaciones, simplemente analizando las propiedades a temperatura ambiente.

Finalmente después de determinar los coeficientes de convección interno y externo se utilizará la relación (1.12) para determinar el flujo de calor en la pared superior externa.

1.3.17.4.3. FLUJO DE CALOR EN PARED INFERIOR.

Analizando un flujo de calor igual a:

Q̇ I=U I A I (T amb−T I ) [W ] (1.16)

Donde:

26


Q̇ I = Flujo de Calor por pared inferior.

A I = Área de pared inferior.

T amb = Temperatura Ambiente.

U I [W /m2K ] = Coeficiente global de Transferencia de calor en la pared inferior.

T I = Temperatura de aire interno de pared inferior.

Donde el procedimiento para determinar el coeficiente global de transferencia de calor es el siguiente:

U I=1

1hi 3

+δ xkAIS

+ 1he 3

[ W

m2K ] (1.17)


NuI=C∗(Gr I *Pr I )nK I=hi3∗ak i3 (1.18)

Dónde:Gr I = Número de Grashoff a las condiciones internas. Pr I = Número de Prandtl a la temperatura interna. k i3 = Conductividad del Aire a la temperatura interna. hi 3 = Convectiva Interna de la pared inferior interna.b = Largo de la conservadora.

Las constantes C, K y n se determinaran de tablas según la forma de la superficie donde se realiza convección. Todas las propiedades se evalúan a la temperatura interna de pared inferior interna. El procedimiento para determinar la Convectiva externa se realiza utilizando las mismas relaciones, simplemente analizando las propiedades a temperatura ambiente.

Finalmente después de determinar los coeficientes de convección interno y externo se utilizará la relación (1.15) para determinar el flujo de calor en la pared inferior externa.

Siendo finalmente el calor por Transferencia de Calor total igual a:

Q4=4∗QPL+QPS+Q I [W ] (1.19)

1.3.17.5. CARGA POR APORTE DEL CUERPO HUMANO.

El calor metabólico generado en el cuerpo humano se disipa hacia el medio a través de la piel y los pulmones, por convección y radiación, como calor sensible y por evaporación como calor latente. El calor latente representa el calor de vaporización del agua a medida que se evapora en los pulmones y sobre la piel, absorbiendo calor del cuerpo, y se libera también calor latente cuando la humedad se condensa sobre las superficies frías.

27


El calentamiento del aire inhalado representa transferencia de calor sensible en los pulmones y es proporcional al aumento de su temperatura. La velocidad total de la pérdida de calor se puede expresar como:

Fig. 1.3.27. Mecanismos de pérdida de calor desde el cuerpo humano y magnitudes relativas para una persona en reposo.

Por lo tanto, la determinación de la transferencia de calor desde el cuerpo solo por análisis es difícil. La ropa complica todavía más la transferencia de calor desde el cuerpo y por tanto debemos apoyarnos en datos experimentales.

En condiciones estacionarias la velocidad total de la transferencia de calor desde el cuerpo es igual a la velocidad de la generación de calor metabólico en el propio cuerpo, la cual varía desde cerca de 100W, para el trabajo ligero de oficina, hasta muy aproximadamente 1000W durante el trabajo físico pesado.También las personas que entran en una cámara liberan calor a razón de:

Qp=q∗n∗t24

(1.20)

q=Calor .. por . . persona ..en . .W . . segun . .la .. tabla5n=.numero ..de . . personas . .en. . la, .camarat=Tiempo . .de .. permanencia . .en (horas /dia)

El tiempo de permanencia variara según el trabajo que deban efectuar las personas en el interior de la cámara. Generalmente se evalúa entre 0.5 h/d y 5h/d pero conviene una información precisa sobre este extremo, que obtendrá de la consideración de su utilización en cada caso

Tabla 1.3.3. Potencia calorífica aportada por las personas.

2. METODOLOGÍA.

28


El trabajo fue desarrollado por el grupo de estudiantes de la materia en el Laboratorio de Máquinas Térmicas, los días viernes 26 y sábado 27 del presente año, con control de 10:00 A.M. hasta 18:00 P.M.

Se dividió el control en 8 grupos, en nuestro caso el grupo 7, que realizo el control del monitoreo el viernes de 15:00 hasta 16:00, y el sábado de 11:45 hasta 12:50.

2.1. EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS UTILIZADOS.

Donde se utilizó los siguientes instrumentos: Agua 10 recipientes de agua (botellas). Garrafa de GLP. Termómetro digital de inmersión. Termómetro digital para termocupla. 5 termocuplas. Pinza amperimétrica. Cinta métrica.

A continuación presentamos las fichas técnicas de los instrumentos y el equipo que se utilizó:

MATERIAL DESCRIPCIÓN

Nombre: Refrigerador

Tipo: Digital MR – 130C

Marca: VENAX

Industria: Japonesa

Color: Blanco

Voltaje: 220 [V]

Frecuencia: 50 Hz

Consumo eléctrico: 0,45 Kwh/24Horas

Potencia de entrada: 90 [W]

Peso: 31 Kg

Volumen total efectivo: 130L

Refrigerante: R134a/46g

Ficha Técnica 1 Refrigerador Doméstico de Baja Potencia.


Nombre: Cronómetro

Tipo: Digital

Marca: Q & Q

Industria: Japan

Color: Negro

Unidad de Medición: [Min],[seg] ,[cseg]

Sensibilidad: 0.01[seg]

29


Incertidumbre: ± 0.01[seg]

Ficha Técnica 2 Cronómetro.

MATERIAL DESCRIPCIÓNNombre: Termohigrómetro

Tipo: termómetroMarca: Testo 608-H1

Industria: A.W.SPERRYColor: Plomo

Unidad de medición: ºC; %Alcance: -20ºC a 50ºC

Sensibilidad: 0.1 ºCIncertidumbre: 0.1 ºC

Ficha Técnica 3 Termo higrómetro.


Nombre: Termómetro de inmersión

Tipo: Digital

Marca: Cooper

Color: Amarillo y rojo

Industria: -

Unidad de Medición: [ºC] ; [ºF]

Alcance:-40 a 232 [º C]

-40 a 450 [º F]

Sensibilidad: 0.1 [ºC]

Incertidumbre: ±0.1 [ºC]

Ficha Técnica 4 Termómetro digital de inmersión.


Nombre: THERMOMETER

Tipo: Digital

Marca: YFE (YF-160 Type - K)

Accesorios: Termocuplas

30


Industria: --------------

Color: PlomoUnidad de Medición:

[°C], [°F.],

Alcance:-50° C a 1300° C,-58º F a 1999° F

Sensibilidad: 0.1° C 0.1° F

Incertidumbre: ±0.1° C ±0.1° F

Ficha Técnica 5 Termómetro digital.


Nombre: Termocupla

Tipo: Digital

Marca: --------------

Industria: ---------

Color: Negro y blanco

Material: Cobre

Ficha Técnica 6 Termocupla.


Nombre: Pinza amperimetrica

Tipo: Digital

Marca: 266 Clamp Meter

Industria: Japan

Color: Negro

Unidad de Medición:

[V] , [A]

Alcance: 0-750 [V], 0- 1000 [A]

Sensibilidad: 0,1 [V], 0,1 [A]

Incertidumbre: ±0,1 [V], ± 0,1 [A]

Ficha Técnica 7 Manómetro.


Nombre: Acondicionador

Tipo: Digital

31


Marca: SOMELA

Industria: --------------

Color: Blanco

Código Interno: UTO – 04 - 24519Unidad de Medición:

------------------

Alcance: -------------------

Sensibilidad: -------------------

Incertidumbre: -------------------

Ficha Técnica 8 Acondicionador.

MATERIAL DESCRIPCIÓNNombre: Cinta métrica

Tipo: AnalógicoMarca: --------

Industria: ------------Color: Naranja

Unidad de medición: mm, cm, mAlcance: 3000 mm

Sensibilidad: 1mm

Incertidumbre: 0.5 [mm]

Ficha Técnica 9 Cinta métrica.

2.2. MONTAJE.

Tenemos el suguiente montaje:

32


Fig. 2.1 Montaje del Experimento.

2.3. DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO.

Donde tenemos:

Se puso en marcha de la Conservadora para una prueba de buen funcionamiento previo. Se colocó Agua en 6 recipientes plásticos de 2 litros y 4 botellas pequeñas de ½ litro,

tomando nota de su peso y temperatura, previa colocación dentro de la conservadora. Se colocaron 3 botellas grandes en la parrilla superior del refrigerador, 3 en la parrilla

inferior, 1 botella pequeña en la parte superior de la puerta de entrada y las 3 botellas pequeñas restantes se colocaron en la parte inferior de la puerta. En ese momento se encendió el cronómetro.

Se instalaron 4 termocuplas, una en el congelador, una en la parrilla superior, una en la parrilla inferior, y otra en la parte inferior de la puerta.

Se reconocieron las partes más importantes del refrigerador como el evaporador, condensador, compresor y válvula de expansión.

Cuando comenzó a funcionar el compresor, se midieron las temperaturas del evaporador y del condensador.

Durante todo el día, se hizo el monitoreo del refrigerador, anotando los tiempos de encendido y apagado del compresor, así como las temperaturas registradas por las termocuplas en dichos instantes.

Asimismo, cada hora se realizó la lectura de las temperaturas en una botella de arriba, una de abajo y una de la pared, como también se midió la temperatura ambiente.

33


Al finalizar la experiencia se procedió a la toma de temperaturas del Evaporador, Condensador y Temperaturas Finales, seguidamente al desmontaje del sistema y limpieza de los materiales utilizados.

2.4. REGISTRO DE DATOS.

Tenemos:

Fecha: 26/08/11 - 27/08/11 Hora: 09:00 a.m. – 18:30 p.m. (ambos días)

Condiciones Ambientales: 14.0 ±0.1 [ºC]

Fig. 2.2. Localización de las temperaturas de los 5 sensores.

T1=temperatura medida en la cámara del congelador.T2=temperatura medida en la parte media del interior del refrigerador.T3=temperatura medida en la parte inferior del interior del refrigerador.T4=temperatura medida en la parte superior localizada en el interior de la puerta del refrigerador.T5=temperatura medida en la parte inferior localizada en el interior de la puerta del refrigerador.

34

T2

T1

T4

T3 T5


Fig. 2.3. Localización de las botellas para su medición de sus temperaturas.

t1, t2 =temperatura del agua de las botellas de 2 litros, localizadas en la parte superior del refrigerador. t3, t4 =temperatura del agua de las botellas de 2 litros, localizadas en la parte media del refrigerador.t5, t6 =temperatura del agua de las botellas de 2 litros, localizadas en la parte inferior del refrigerador.t7, t8 =temperatura del agua de las botellas de 1/2 litros, localizadas en la parte superior detrás de la puerta del refrigerador.t9, t10 =temperatura del agua de las botellas de 1/2 litros, localizadas en la parte inferior detrás de la puerta del refrigerador.

35

t1, t2 t7, t8

t5, t6 t9, t10

T1

t3, t4


Tabla (2.1) Primera toma de datos de temperaturas, humedad relativa (HR), tiempo, y encendido y apagado del refrigerador del día 26 de Agosto.

Nº

Con

trol

de

tiem

po

Hor

a: m

inu

tos

⧍T

iem

po[

min

]±0

.01[

min

]

Tam

bie

nte[º

C]

±0.1

[ºC

]

HR

% h

um

edad

re

lati

va

T1

[ºC

]±0.

1[ºC

]

T2

[ºC

]±0.

1[ºC

]

T3

[ºC

]±0.

1[ºC

]

T4

[ºC

]±0.

1[ºC

]

T5

[ºC

]±0.

1[ºC

]

t 1

[ºC

]±0.

1[ºC

]

t 2

[ºC

]±0.

1[ºC

]

t 3

[ºC

] ±0

.1 [

ºC]

t 4

[ºC

]±0.

1[ºC

]

t 5

[ºC

]±0.

1[ºC

]

t 6

[ºC

]±0.

1[ºC

]

t 7

[ºC

]±0.

1[ºC

]

t 8

[ºC

]±0.

1[ºC

]

t 9

[ºC

]±0.

1[ºC

]

t 10

[ºC

]±0.

1[ºC

]

ON

/OF

Fen

cen

did

o/ap

agad

o

1 10:30 0.00 14.3 38.4

1.0 8.0 11.0

8.0 9.0 11.2

11.2

11.1

11.1

11.6

11.6

11.5

11.5

11.1

11.1

on

2 10:39 9.00 14.8 36.8

-2.0

10.0

9.0 8.0 8.0 off

3 10:48 9.00 14.9 36.8

-2.0

10.0

10.0

8.0 8.0 on

4 10:54 6.00 14.9 37.7

-2.0

10.0

10.0

8.0 8.0 off

5 11:03 9.00 14.6 37.3

-2.0

10.0

10.0

8.0 9.0 11.3

11.3

11.0

11.0

11.6

11.6

10.8

10.8

10.4

10.4

on

6 11:11 8.00 14.3 37.7

-1.9

9.3 10.3

9.7 9.8 off

7 11:13 2.00 14.8 36.7

0.3 9.4 9.5 9.3 9.2 on

8 11:23 10.00

15.0 36.2

-2.2

8.8 10.3

8.5 9.2 off

9 11:33 10.00

15.3 35.8

2.1 8.1 10.5

8.5 9.2 on

10

11:39 6.00 15.4 35.9

-1.8

8.1 10.4

8.2 8.6 off

11

11:47 8.00 15.9 35.0

2.0 8.4 10.5

8.6 9.0 on

12

11:54 7.00 16.0 34.4

-2.0

7.6 10.6

7.7 8.6 off

13

12:03 9.00 16.6 35.1

-1.5

9.2 10.3

9.1 9.2 11.5

11.5

11.4

11.4

12.5

12.5

11.2

11.2

10.9

10.9

on

14

12:11 8.00 17.1 33.3

-1.6

9.2 10.7

9.1 10.0

off

15

12:20 9.00 17.3 31.8

1.5 9.8 10.3

9.6 10.3

on

16

12:27 7.00 17.5 31.4

-2.0

9.1 11.4

9.5 10.5

off

17

12:36 9.00 17.5 31.9

2.5 9.9 11.3

8.9 10.5

on

18

12:42 6.00 17.6 31.0

-1.5

8.7 11.5

8.8 10.6

off

19

12:52 10.00

17.5 30.9

2.6 9.2 11.3

9.7 10.5

on

20

12:58 6.00 17.5 30.9

-1.3

9.1 11.0

8.4 10.0

9.9 9.9 9.9 9.9 10.9

10.9

9.8 9.8 9.3 9.3 off

21

13:06 8.00 18.1 30.3

2.5 10.0

12.6

10.2

10.5

on

22

13:12 6.00 18.1 29.4

-1.1

9.7 12.4

9.6 9.6 off

23

13:23 11.00

18.0 29.6

3.3 9.6 12.3

9.3 9.4 on

24

13:29 6.00 18.0 28.9

-1.0

8.9 13.0

8.0 9.5 off

25

13:40 11.00

18.1 28.7

2.5 9.3 12.8

9.0 9.2 on

26

13:46 6.00 18.2 28.8

-1.1

9.0 13.0

8.1 8.9 off

27

13:57 11.00

18.2 28.1

2.4 9.4 12.4

9.2 9.4 on

28

14:03 6.00 18.3 28.2

-1.0

9.4 12.9

7.9 9.2 9.5 9.5 9.2 9.2 9.9 9.9 8.9 8.9 8.4 8.4 off

29

14:09 6.00 18.3 28.2

3.6 11.2

13.1

11.6

11.2

on

30

14:18 9.00 18.5 27.1

-1.5

8.8 9.5 10.7

10.5

off

31

14:28 10.00

18.4 26.5

0.3 10.6

10.2

13.7

10.6

on

36


32

14:34 6.00 18.4 26.0

-0.5

9.2 10.7

9.3 10.1

off

33

14:46 12.00

18.4 25.3

0.3 9.0 12.9

9.3 10.4

on

34

14:52 6.00 18.5 26.1

1.2 8.3 11.8

10.0

8.8 off

35

15:05 13.00

18.0 25.8

2.9 8.5 12.3

9.2 10.5

9.6 9.6 9.2 9.2 11.9

11.9

10.0

10.0

9.9 9.9 on

36

15:11 6.00 18.7 25.8

-1.0

7.0 11.0

8.0 8.0 off

37

15:24 12.00

18.6 25.6

2.0 8.0 11.0

8.0 8.0 on

38

15:29 5.00 18.6 25.7

-1.0

7.0 11.0

8.0 7.0 off

39

15:43 14.00

18.7 24.9

2.0 8.0 12.0

8.0 8.0 on

40

15:48 5.00 18.4 25.6

-1.0

7.0 11.0

8.0 7.0 off

41

16:02 14.00

18.0 26.6

1.0 7.0 10.0

8.0 7.0 7.1 7.1 7.5 7.5 9.2 9.2 7.6 7.6 7.4 7.4 on

42

16:08 6.00 17.8 27.2

-1.0

7.0 9.0 8.0 7.0 off

43

16:22 14.00

17.8 27.1

1.0 7.0 8.0 8.0 7.0 on

44

16:27 5.00 18.3 27.4

-1.0

7.0 8.0 8.0 7.0 off

45

16:42 15.00

17.6 27.4

1.0 7.0 8.0 9.0 7.0 on

46

16:47 5.00 17.4 28.2

-1.0

7.0 8.0 7.0 7.0 off

47

17:01 14.00

17.2 28.1

1.0 8.0 7.0 8.0 7.0 7.0 7.0 7.0 7.0 10.0

10.0

7.0 7.0 7.0 7.0 on

48

17:10 9.00 17.1 28.0

-1.0

8.0 10.0

9.0 7.0 off

49

17:23 13.00

16.7 28.0

1.0 8.0 9.0 8.0 7.0 on

50

17:28 5.00 16.6 28.5

-2.0

7.0 8.0 7.0 6.0 off

51

17:42 14.00

16.3 27.4

0.0 8.0 9.0 7.0 6.0 on

52

17:48 6.00 16.2 28.9

-2.0

7.0 9.0 6.0 6.0 off

53

18:04 16.00

15.0 27.6

1.0 7.0 8.0 7.0 6.0 6.7 6.7 6.6 6.6 10.0

10.0

7.4 7.4 7.9 7.9 on

54

18:10 6.00 9.6 30.2

-1.0

7.0 7.0 6.0 6.0 1.3 1.3 2.2 2.1 4.3 4.8 2.1 1.7 2.4 2.1 off

Tabla. 2.1. Registro de datos del primer día.

Nº

Con

trol

de

tiem

po

Hor

a: m

inu

tos

⧍T

iem

po

[min

]±0

.01[

min

]

Tam

bie

nte[º

C]

±0.1

[ºC

]

HR

% h

um

edad

re

lati

va

T1

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

T2

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

T3

[ºC

] ±

0.1[

ºC]

T4

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

T5

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

t 1

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

t 2

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

t 3

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

t 4

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

t 5

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

t 6

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

t 7

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

t 8

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

t 9

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

t 10

[ºC

] ±

0.1

[ºC

]

ON

/OF

Fen

cen

did

o/ap

agad

o

1 9:40 0.00 10.6 31.1

-4.0-1.0

0.04.9

2.03.1

0.15.5

6.64.9

11.5

11.5

11.5

11.5

11.5

11.5

11.5

11.5

11.5

11.5

off

2 9:45 5.00 11.1 29.1

0.0 5.5 4.0 6.8 5.5 on

3 9:50 5.00 11.8 28.2

-1.0

5.3 4.5 5.7 5.0 off

4 9:57 7.00 12.1 28.5

-1.7

7.0 5.2 7.8 6.3 on

5 10:18 21.00

13.1 27.6

-7.9

6.4 6.9 4.7 4.9 off

6 10:28 10.00

13.4 27.3

-3.2

6.9 6.6 6.4 5.8 on

7 10:42 14.00

13.7 27.1

-7.8

6.67.9

6.88.6

6.57.5

4.96.9

9.5 9.5 9.8 9.8 10.4

10.4

9.5 9.5 9.9 9.9 off

37


-4.4

8 10:52 10.00

14.1 27.1

-2.0

7.0 9.0 7.4 6.6 on

9 11:07 15.00

14.8 26.5

7.3.

6.6 8.4 6.2 5.1 off

10

11:17 10.00

15.2 25.7

-2.5

6.7 8.5 7.6 5.9 on

11

11:31 14.00

15.7 25.5

-7.5

6.3 8.4 6.7 4.9 off

12

11:42 11.00

16.1 26.1

-2.9-3.7

6.37.6

8.18.8

7.48.5

5.56.9

7.4 7.4 8.0 8.0 8.9 8.9 8.3 8.3 8.0 8.0 on

13

11:58 16.00

16.2 24.7

-6.9

6.3 9.6 7.8 5.4 off

14

12:09 11.00

16.5 24.4

-2.6

6.6 9.8 7.9 5.8 on

15

12:22 13.00

16.6 24.2

7.63

5.8 9.9 7.8 4.7 off

16

12:33 11.00

16.9 23.8

-2.8

5.7 10.0

6.8 7.7 on

17

12:42 9.00 17.1 23.9

-8.2-4.4

5.66.9

9.09.9

6.37.1

4.76.6

8.4 8.4 9.2 9.2 10.8

10.8

8.1 8.1 8.8 8.8 off

18

12:56 14.00

17.5 23.6

-2.4

6.5 9.7 6.5 6.3 on

19

13:12 16.00

17.5 24.1

-6.5

5.3 8.8 5.1 5.2 off

20

13:21 9.00 17.4 21.4

-2.5

5.8 8.9 5.8 5.8 on

21

13:33 12.00

17.8 21.8

-7.7

4.8 8.6 4.3 5.2 off

22

13:46 13.00

18.0 23.1

-2.4-3.3

5.77.5

8.87.8

5.57.1

5.46.8

6.4 6.4 7.3 7.3 8.9 8.9 6.9 6.9 6.7 6.7 on

23

14:01 15.00

18.4 22.9

-7.1

5.1 7.5 5.2 6.5 off

24

14:13 12.00

18.7 23.6

-2.1

5.4 7.2 5.9 6.8 on

25

14:25 12.00

19.1 22.2

-6.6

5.0 7.0 5.5 6.5 off

26

14:38 13.00

19.4 23.7

-2.0

5.0 7.0 5.4 6.5 on

27

14:50 12.00

19.2 22.9

-4.9-4.5

5.06.8

6.97.7

5.35.8

6.26.7

6.6 6.6 7.2 7.2 8.6 8.6 6.8 6.8 6.2 6.2 off

28

15:09 19.00

18.7 21.3

-2.2

5.6 7.5 5.5 4.7 on

29

15:19 10.00

18.9 21.5

-7.2

3.8 7.3 4.5 4.1 off

30

15:33 14.00

19.0 19.8

-2.0

5.2 7.9 5.6 5.2 on

31

15:46 13.00

19.3 20.3

-6.6

4.5 6.7 3.9 4.3 off

32

15:59 13.00

19.6 20.9

-1.7-1.8

5.17.8

6.87.2

5.16.7

4.77.2

6.4 6.4 6.6 6.6 9.5 9.5 6.4 6.4 5.8 5.8 on

33

16:13 14.00

18.8 17.5

-7.0

5.3 8.3 6.6 5.7 off

34

16:26 13.00

18.9 17.6

-2.0

5.2 8.7 6.3 6.0 on

35

16:38 12.00

18.5 18.6

-6.7

4.5 8.4 5.1 4.8 off

36

16:51 13.00

18.4 17.8

-2.0

4.4 7.7 5.4 5.2 on

37

17:03 12.00

18.7 19.8

-7.2-3.0

3.86.6

7.57.6

5.06.4

4.46.5

5.4 5.4 5.9 5.9 9.2 9.2 6.1 6.1 5.2 5.2 off

3 17:15 12.0 18.4 17. - 3.0 7.0 5.0 4.0 on

38


8 0 6 4.039

17:28 13.00

18.2 17.6

-5.0

4.1 8.1 5.1 4.2 off

40

17:40 12.00

17.9 19.8

-3.0

4.1 7.2 5.0 3.8 on

41

17:45 5.00 17.5 18.3

-4.0-4.0

4.05.0

7.08.0

5.06.9

3.16.1

5.1 5.1 5.7 5.7 9.2 9.2 5.7 5.7 5.1 5.1 off

Tabla. 2.2. Registro de datos del segundo día.

Otros datos registrados:

Tevap =-19 ºC

Tcond = 32 ºC

I = 0.6 [Amperios]

V = 210 [Voltios]

De la placa de características del refrigerador:

Potencia = 90 [W]

Peso = 31 [Kg]

Vol = 130 [L]

Refrigerante R134a, mref = 46 [gr]

Dimensiones del refrigerador:

Espesor = 5 [cm]

Paredes laterales = 49 x 82 [cm]

Paredes superior e inferior = 49 x 49 [cm]

39


Fig. 2.4. Dimensiones del refrigerador.

2.5. CÁLCULOS.

a. En base a la construcción del gráfico de funcionamiento del sistema ON-OFF, para los dos regímenes estudiados establecer: horas/día de funcionamiento, consumo energético diario y a partir de este último dato calcular el consumo energético mensual del refrigerador.

PARAMETROS DE FUNCIONAMIENTO.

Régimen del primer día:

El tiempo de monitoreo fue de 480 minutos (8 horas), el tiempo que funcionó el compresor es 176 [min],

por tanto, los minutos que funciona por hora son:

t compresor / hora=176 [ minutos de funcionamiento ]8 [ horas de monitoreo ]

t compresor / hora=22. 00 [ min/hora ]

Por lo tanto, al día, el tiempo de funcionamiento del compresor es:

t compresor / dia= tcompresor / hora∗1 [ hora ]60 [ minutos ]

∗24 [horas ]

1 [día ]

40


t compresor / dia=8 . 8[ horas/dia ]

La potencia medida del compresor es, a partir de los parámetros eléctricos medidos:

Pcompresor = U*I

Pcompresor= 219 [V] * 0.6 [A]

Pcompresor = 131.4 [W]

El consumo energético por día es:

Ecompresor / dia=Pcompresor⋅t compresor / dia

Ecompresor / dia=131 .4 [W ]∗8.8 [ horasdía ]∗[ 1kW1000W ]

Ecompresor / dia = 1.1563 [kW-hr/dia]

Multiplicando este valor por los 30 días del mes, se tiene el consumo energético mensual:

Ecompresor/mes = 34.689 [kW-hr/mes]

Régimen del segundo día:

En el tiempo de monitoreo de 485 minutos (8 horas y 5 minutos), el tiempo que funcionó el compresor es

253 [min], por lo tanto, los minutos que funciona por hora son:

t compresor / hora=253 [ minutos de funcionamiento ]485 [ minutos de monitoreo ]

∗60 [ minutos ]

1 [hora ]

t compresor / hora=31. 299 [ min/hora ]

Por lo tanto, al día, el tiempo de funcionamiento del compresor es:

t compresor / dia= tcompresor / hora∗1 [ hora ]60 [ minutos ]

∗24 [horas ]

1 [día ]

t compresor / dia=12. 519[ horas/dia ]

La potencia medida del compresor es, a partir de los parámetros eléctricos medidos:

Pcompresor = U*I

Pcompresor= 219 [V] * 0.6 [A]

Pcompresor = 131.4 [W]

41


El consumo energético por día es:

Ecompresor / dia=Pcompresor⋅t compresor / dia

Ecompresor / dia=131 .4 [W ]∗12 . 519[ horasdía ]∗[ 1kW1000W ]


Multiplicando este valor por los 30 días del mes, se tiene el consumo energético mensual:


b. Sobre las características técnicas-dimensionales del refrigerador desarrollar una propuesta para calcular la máxima carga térmica que podría cubrir y establecer el porcentaje de ésta que ha sido usado en las dos pruebas.

CÁLCULOS:

CÁLCULOS DÍA VIERNES:

42


43


44


45


46


47


48


Tenemos los siguientes resultados:

49


CÁLCULOS DÍA SÁBADO:

50


51


52


53


54


55


56


57


58


Tenemos los siguientes resultados:

59


60


c. En base al relevamiento termotécnico hecho en el refrigerador, desarrollar un modelo grafico que establezca un mapa térmico tridimensional del funcionamiento refrigerador.

Funcionamiento del 1º dia


61


A continuación podemos observar las temperaturas más levadas con rojo, aunque debido a que es un refrigerador y está bien aislado no se representa exactamente el calor por las paredes, un leve color celeste-verduzco representa el calor aportado.

Esquema de mapa térmico.

Dónde:Q_1=Carga total de productoQ_2=Carga de refrigeración por elementos internos, Iluminación foco y compresorQ_3=Carga de refrigeración por infiltración de aireQ_4=Carga de refrigeración por Transferencia de CalorQ_5=Carga de aporte del cuerpo humano

62


Perdidas de calor por el sector del compresor

2.6. RESULTADOS.

Tenemos día 1:

t compresor / dia=8 . 8[ horas/dia ]



Tenemos día 2:

t compresor / dia=12. 519[ horas/dia ]



Para la carga térmica tenemos:

CR=26,32 [W] (1ª Día)

CR=31,56 [W] (2º Día)

Para el análisis del funcionamiento del refrigerador tenemos:

63




3. DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE LOS RESULTADOS.

Los datos obtenidos son coherentes y podríamos decir que el análisis se realizó correctamente

para los diferentes incisos.

De acuerdo a la experiencia que se vivió con el refrigerador se pudo ver que el compresor no

funciona todo el tiempo sino en determinados lapsos. Existe un termostato que es un sensor que

hace que el compresor se encienda cuando la temperatura interior del refrigerador comienza a

subir, entonces el compresor se enciende y la temperatura interna desciende nuevamente.

Como se trabajó en dos regímenes distintos de funcionamiento para el refrigerador, ahora

analizaremos las diferencias que se pudo percibir.

El régimen del segundo día funcionó a más bajas temperaturas, por lo tanto cuando se calculó

su carga térmica resulto ser ligeramente mayor que la del régimen del primer día, que existe

obviamente una mayor diferencia de temperaturas entre la temperatura del local y la

temperatura dentro del refrigerador. El consumo energético también resultó ser un poco mayor,

todo esto es debido a que el compresor funcionó más minutos porque necesitaba mantener una

64


temperatura constante en el refrigerador para todo esto necesita más energía que equivale a

mayor consumo de energía eléctrica.

Las botellas que se enfriaron dentro del refrigerador en ambos regímenes bajaban muy

lentamente su temperatura, las temperaturas más bajas se registraron casi al finalizar las ocho

horas de control.

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

Tenemos:

A través del presente laboratorio y la previa explicación en clases se pudieron identificar los elementos componentes de un sistema de refrigeración y la función que desempeñan.

Se conoció las diversas clasificaciones que podrían existir acerca de tipos de sistemas de refrigeración.

Se observó que el sistema On-Off del refrigerador variaba según la estabilidad y la temperatura promedio que el refrigerador necesitaba, asi el tiempo que funcionaba el compresor.

Cuando el compresor está apagado, la carga que fluye del medio, hacia el refrigerador, hace que el aire que se encuentra dentro comience a calentarse aumentando su temperatura, pero cuando llega a los niveles de temperatura que detecta el sensor y comienza a funcionar el compresor, entonces el refrigerador expulsa una cantidad de calor mucho mayor a la carga, lo que hace que el aire del interior del refrigerador se vaya enfriando hasta alcanzar los niveles de temperatura inferiores del sensor que haga que se repita el ciclo. Como es una potencia mucho mayor, el tiempo de funcionamiento del compresor es mayor que el tiempo que permanece apagado.

Para el funcionamiento del refrigerador se estableció, sus coordenadas pudiendo observar el funcionamiento de ON, OFF a lo largo de la prueba.

5. BIBLIOGRAFÍA.

Yunus A. Cengel, Michael A. Boles, TERMODINAMICA, Editorial McGrawHill, Mexico, 2009.

Yunus A. Cengel, Transferencia de Calor, Editorial McGrawHill, Mexico, 2004. Peñaranda M. Edgar, www.docentes.utonet.edu.bo/epenarandam , 26 de agosto de

2011, 10:00. http://html.rincondelvago.com/bomba-de-calor_1.html, 29 de agosto de 2011, 10:30. http://www.soliclima.es/productos/9-bomba-de-calor.html, 29 de agosto de 2011, 10:30. http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_frigor

%C3%ADfico#Sistemas_de_refrigeraci.C3.B3n_conforme_zonas_de_fr.C3.ADo, 29 de agosto de 2011, 11:00.

http://www.sabelotodo.org/aparatos/refrigeracion.html, 29 de agosto de 2011, 11:00.

65

http://www.sabelotodo.org/aparatos/refrigeracion.html

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_frigor%C3%ADfico#Sistemas_de_refrigeraci.C3.B3n_conforme_zonas_de_fr.C3.ADo

http://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_frigor%C3%ADfico#Sistemas_de_refrigeraci.C3.B3n_conforme_zonas_de_fr.C3.ADo

http://www.soliclima.es/productos/9-bomba-de-calor.html

http://html.rincondelvago.com/bomba-de-calor_1.html

http://www.docentes.utonet.edu.bo/epenarandam


Anexos.-

66


67


Fig. 2.5. Formulario extraído de Edward G. Pita, PrincipiosySistemas de Refrigeración.

68


69


Fig. 2.6. Formulario extraído de Edward G. Pita, PrincipiosySistemas de Refrigeración.

Para mejor comprensión se insinúa revisar el libro de la pagina 351 a la 360 para ver todos los formularios

completos.

70

Lab. Nº 1 Monitoreado y análisis de un sistema de refrigeración por compresión de vapor FINAL

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