FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICAESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA

QUIMICA

ASIGNATURA : LABORATORIO DE INGENIERIA QUIMICA

TEMA : SISTEMA DE REFRIGERACION

PROFESORA : ING. ZOILA DIAZ CORDOVA

ALUMNO : ROJAS LEYVA, DIALENI EDISABEL

CODIGO : 060728 - A

GRUPO HORARIO : 01-Q

BELLAVISTA – CALLAO

2010

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO Facultad de Ingeniería Química

LOPU

REFRIGERACIÓN

I. OBJETIVOS

Conocer e identificar el mecanismo y las componentes más importantes de un sistema de refrigeración.

Determinar el flujo volumétrico, el volumen específico y el flujo másico de refrigerante R-134a

en el sistema de refrigeración.

Determinar el calor absorbido y liberado por evaporador y condensador respectivamente.

II. FUNDAMENTO TEORICO

TERMODINAMICA

La Termodinámica es una rama de la ciencia que trata sobre la acción mecánica del calor. Hay ciertos principios fundamentales de la naturaleza, llamados Leyes Termodinámicas, que rigen nuestra existencia aquí en la tierra, varios de los cuales son básicos para el estudio de la refrigeración. La primera y la más importante de estas leyes dice: La energía no puede ser creada ni destruida, sólo puede transformarse de un tipo de energía en otro.

CALOR El calor es una forma de energía, creada principalmente por la transformación de otros tipos de energía en energía de calor; por ejemplo, la energía mecánica que opera una rueda causa fricción y crea calor. Calor es frecuentemente definido como energía en tránsito, porque nunca se mantiene estática, ya que siempre está transmitiéndose de los cuerpos cálidos a los cuerpos fríos. La mayor parte del calor en la tierra se deriva de las radiaciones del sol. Una cuchara sumergida en agua helada pierde su calor y se enfría; una cuchara sumergida en café caliente absorbe el calor del café y se calienta. Sin embargo, las palabras "más caliente" y "más frío", son sólo términos comparativos. Existe calor a cualquier temperatura arriba de cero absoluto, incluso en cantidades extremadamente pequeñas. Cero absoluto es el término usado por los científicos para describir la temperatura más baja que teóricamente es posible lograr, en la cual no existe calor, y que es de -2730C, o sea -4600F. La temperatura más fría que podemos sentir en la tierra es mucho más alta en comparación con esta base.

TRANSMISION DE CALOR

La segunda ley importante de la termodinámica es aquella según la cual el calor siempre viaja del cuerpo más cálido al cuerpo más frío. El grado de transmisión es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos cuerpos.

El calor puede viajar en tres diferentes formas: Radiación, Conducción y Convección. Radiación es la transmisión de calor por ondas similares a las ondas de luz y a las ondas de radio; un ejemplo de radiación es la transmisión de energía solar a la tierra.

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Una persona puede sentir el impacto de las ondas de calor, moviéndose de la sombra a la luz del sol, aun cuando la temperatura del aire a su alrededor sea idéntica en ambos lugares. Hay poca radiación a bajas temperaturas, también cuando la diferencia de temperaturas entre los cuerpos es pequeña, por lo tanto, la radiación tiene poca importancia en el proceso de refrigeración.Sin embargo, la radiación al espacio o al de un producto refrigerado por agentes exteriores, particularmente el sol, puede ser un factor importante en la carga de refrigeración. Conducción es el flujo de calor a través de una substancia. Para que haya transmisión de calor entre dos cuerpos en esta forma, se requiere contacto físico real. La Conducción es una forma de transmisión de calor sumamente eficiente.

Cualquier mecánico que ha tocado una pieza de metal caliente puede atestiguarlo. Convección es el flujo de calor por medio de un fluido, que puede ser un gas o un líquido, generalmente agua o aire. El aire puede ser calentado en un horno y después descargado en el cuarto donde se encuentran los objetos que deben ser calentados por convección.

La aplicación típica de refrigeración es una combinación de los tres procesos citados anteriormente. La transmisión de calor no puede tener lugar sin que exista una diferencia de temperatura.

TEMPERATURA La temperatura es la escala usada para medir la intensidad del calor y es el indicador que determina la dirección en que se moverá la energía de calor. También puede definirse como el grado de calor sensible que tiene un cuerpo en comparación con otro. En algunos países, la temperatura se mide en Grados Fahrenheit, pero en nuestro país, y generalmente en el resto del mundo, se usa la escala de Grados Centígrados, algunas veces llamada Celsius. Ambas escalas tienen dos puntos básicos en común: el punto de congelación y el de ebullición del agua al nivel del mar. Al nivel del mar, el agua se congela a 0°C o a 320°F y hierve a 100°C o a 2120°F. En la escala Fahrenheit, la diferencia de temperatura entre estos dos puntos está dividida en 180 incrementos de igual magnitud llamados grados Fahrenheit, mientras que en la escala Centígrados, la diferencia de temperatura está dividida en 100 incrementos iguales llamados grados Centígrados.

CICLOS DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR

El ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor se ve en la figura que sigue, en el ciclo 1-2-3-4-1. Entra vapor saturado a baja presión al compresor y sufre una compresión reversible y adiabática, 1-2. El calor es cedido a presión constante en el proceso 2-3, y la sustancia de trabajo sale del condensador como líquido saturado. Sigue un proceso adiabático de estrangulamiento durante 3-4, luego, la sustancia de trabajo se evapora a presión constante durante 4-1, lo cual completa el ciclo.

La similitud entre este ciclo y el ciclo Rankine es evidente, ya que se trata del mismo ciclo, pero invertido, excepto que una válvula de expansión reemplaza a la bomba. Este proceso de estrangulamiento es irreversible, mientras que el proceso de bombeo del ciclo Rankine es reversible. La divergencia de este ciclo ideal, con el ciclo de Carnot 1'-2'-3-4'-1' es notoria en el diagrama T - s. La razón de la divergencia es que es mucho más conveniente tener un compresor que opere sólo vapor y no una mezcla de líquido y de vapor, como sería necesario durante el proceso 1'-2' del ciclo de Carnot.

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Es virtualmente imposible comprimir (en una relación razonable) una mezcla tal, como la representada por el estado l' , y mantener el equilibrio entre el líquido y el vapor, porque ahí debe haber un calor y una masa transferida a través de los límites de fase. Es mucho más sencillo que el proceso de expansión tenga lugar irreversiblemente en una válvula de expansión, que lo haga en un dispositivo de expansión, que reciba líquido saturado, y descarga una mezcla de líquido y de vapor, como se necesitaría en el proceso 3-4'.

Por estas razones el ciclo ideal de refrigeración .por compresión de vapor es el indicado en la figura anterior como el ciclo 1-2-3-4-1.

Características de los refrigerantes

Punto de congelación. Debe de ser inferior a cualquier temperatura que existe en el sistema, para evitar congelaciones en el evaporador.

Calor latente de evaporación. Debe de ser lo más alto posible para que una pequeña cantidad de líquido absorba una gran cantidad de calor.

Volumen específico.- El volumen específico debe de ser lo más bajo posible para evitar grandes tamaños en las líneas de aspiración y compresión

Densidad. Deben de ser elevadas para usar líneas de líquidos pequeñas.

La temperatura de condensación, a la presión máxima de trabajo debe ser la menor posible.

La temperatura de ebullición, relativamente baja a presiones cercanas a la atmosférica.

Punto crítico lo más elevado posible.

No deben ser líquidos inflamables, corrosivos ni tóxicos.

Dado que deben interaccionar con el lubricante del compresor, deben ser miscibles en fase líquida y no nocivos con el aceite.

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Los refrigerantes, se aprovechan en muchos sistemas para refrigerar también el motor del compresor, normalmente un motor eléctrico, por lo que deben ser buenos dieléctricos, es decir, tener una baja conductividad eléctrica.

Refrigerantes comúnmente usados

El agua. El amoníaco. R11. R12. R22. R23. R32. R123.

R124. R134a. R502. R407C. R410A. R507. R517.

DIVERGENCIA ENTRE EL CICLO DE REFRIGERACIÓN REAL POR COMPRESIÓN DE VAPOR Y EL CICLO

IDEAL

El ciclo de refrigeración real diverge del ciclo ideal, en primer lugar debido al descenso de presión asociada con el flujo del fluido y la transmisión de calor, a, o del medio circundante. El ciclo real puede representarse aproximadamente como el indicado en la figura siguiente.

El vapor que entra al compresor, será probablemente sobrecalentado. Durante el proceso de compresión hay irreversibilidades y transmisión de calor, a, o del medio circundante, dependiendo de la temperatura del refrigerante y del medio exterior. Por lo tanto, la entropía podría aumentar o disminuir durante este proceso; la irreversibilidad y la transmisión de calor al refrigerante ocasionan un incremento en la entropía y el calor transmitido del refrigerante ocasiona una disminución en la entropía. Estas dos posibilidades están representadas por las dos líneas punteadas 1-2 y 1-2'. La presión del líquido que sale del condensador será menor que la presión del vapor que entra y la temperatura del refrigerante en el condensador será algo superior que del medio exterior, a la cual el calor se transmite entonces. Generalmente la temperatura del líquido que sale del condensador es más baja que la temperatura de saturación y baja algo más en la tubería entre el condensador y la válvula de expansión; esto representa, sin embargo, un beneficio, ya que como resultado de esta transmisión de calor, el refrigerante entra al evaporador con una entalpía baja y esto permite mayor transmisión de calor al refrigerante en el evaporador.

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Frecuentemente es necesario disponer de una fuente de aire seco, a mantener bajo presión los cables telefónicos u otras instalaciones semejantes. La figura muestra en esquema un dispositivo para proveer de aire seco. El aire es comprimido a 11.6 kg f/cm2, enfriado a 21.l °C en un enfriador y en cambiador de calor a contra flujo. Finalmente es enfriado a 1.67 °C por trasmisión de calor al refrigerante en el evaporador del ciclo de refrigeración. El agua condensada en estos procesos, es separada del aire y sale por un eyector automático. La mezcla aire-vapor de agua remanente se usa como medio enfriamiento en el cambiador de calor y su presión reducida a 1.76 kgf/cm2, a ser usada en la aplicación programada.

Componentes más importantes de un sistema de refrigeración:

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Un compresor Un condensador Una válvula de expansión Un evaporador

Partes del sistema de refrigeración

Controlador de temperatura

Compresor hermético

Condensador

Tanque de almacenamiento

Control de presión dual

Acumulador de sección

Evaporador

Estaciones de presión y temperatura

Válvula check

Filtro / secador

Válvulas de refrigerante

Indicador de humedad

Medidor de flujo

Tubo capilar

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III. PARTE EXPERIMENTAL

Materiales y equipos:

Sistema de refrigeración con R-134a

SISTEMA DE REFRIGERACIÓN DEL LOPU

Procedimiento y cálculos:

ESQUEMA DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN

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Datos:

Para el sistema de refrigeración con R-134a :

PS1=2 ¿

T S1=4℃

PS 2=11.8 ¿

T S2=29℃

PS3=12 ¿

T S3=47℃

PS 4=3 ¿

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Qc

QH

EVAPORADORCONDENSADOR

COMPRESOR

VALVULA DE EXPANSIÓN

PS1 = 20 psigTS1 = 65°F

PS2 = 131 psigTS2 = 104°F

PS3= 126 psigTS3 = 93°F

PS4 = 30 psigTS4 = 30°F

W

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TERMODINÁMICA PARA INGENIERÍA QUÍMICA

T S4=6℃Para cada altura de posición del rotámetro existe un flujo determinado. Siendo la

altura 30 mm 25mm.

De tablas:

V=0.45 pie3/h

Dado:

T S3=47℃→ρ=989.2kg /m3

Hallando el flujo másico tenemos:

m= ˙V xρ=0.45x (0.30483) x989.2=12.604961 kg/h

Calculando la densidad del refrigerante:

ρ=12.604961kg /h0 .45 pie3/h

=28.0110kg / pie3

De tablas de refrigerante R-134a :

- PS1=2 y T S1=4℃

h1=hv . s .=256.462Kj /kg

- PS 2=11.8 ¿

h2=hg=273.6040Kj/kg

- T S3=47℃

h3=hf=118.855Kj /kg

- T S4=6℃

h4=h f=59.97Kj /kg

Calculando Q c y Q h:

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Q c=m (h1−h4 )

Q c=12.604961 kgh×(256.462 Kjkg−59.97 Kj

kg )=2476.7739Kj /kg

Q c=m (h2−h3 )

QH=12.604961kgh×(273.6040 Kjkg−118.855 Kj

kg )=1950.60511Kj /kg

IV. CONCLUSIONES

Los refrigeradores son dispositivos de cíclicos y los fluidos de trabajo utilizados en los ciclos de refrigeración se llaman refrigerantes.

Actualmente el refrigerante R-134ª es usado por ser ecológico.

Los componentes principales de un sistema de refrigeración son el compresor el evaporador el condensador y la válvula de expansión.

Este sistema de refrigeración tiene muchas aplicaciones en el aire acondicionado así como en la conservación de alimentos y la tecnología de lis alimentos.

V. BIBLIOGRAFIA

BURGHARDT M, David. Ingeniería Termodinámica. Segunda Edición. Editorial Harla.1996.

CENGEL, Yunus and BOLES, Michael. Termodinámica Tomo I. Segunda Edición. McGraw Hill. 1995

HUANG, Francis. Ingeniería termodinámica, fundamentos y aplicación. Editorial CECSA. Segunda

Edición. 1994.

http://es.wikipedia.org/wiki/Refrigeraci%C3%B3n.

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