Lab Oratorio 1 Me c 3338

UNIVERSIDAD TECNICA DE ORUROFACULTAD NACIONAL DE INGENIERIA

INGENIERIA – MECANICA - ELECTROMECANICALABORATORIO DE MAQUINAS TERMICAS

MONITOREADO Y ANALISIS DE UN SISTEMA DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR

1. INTRODUCCIÓN

Las civilizaciones antiguas utilizaban la refrigeración cuando se disponía de ella en forma natural. Los emperadores romanos hacían que los esclavos transportaran el hielo y la nieve desde las montañas, con el fin de utilizarlos para preservar alimentos y disponer de bebidas frías en la estación cálida. Por supuesto que estas fuentes naturales de refrigeración eran extremadamente limitadas, si se piensa en su ubicación, temperaturas y la distancia que se podían transportar. Alrededor del año 1850 se empezaron a desarrollar los medios para producir refrigeración utilizando maquinaria, a los que se les dio el nombre de refrigeración mecánica. Hoy en día, la industria de la refrigeración constituye un sector vasto y esencial de cualquier sociedad tecnológica, con ventas anuales de equipo que ascienden a miles de millones de dólares, solo en los Estados Unidos de Norteamérica.

1.1. ANTECEDENTES

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

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.- Desarrollar un modelo de comportamiento del sistema a partir de los

parámetros de funcionamiento medidos.

1.3. FUNDAMENTO TEÓRICO

La refrigeración mecánica usa como fluido un refrigerante que es el encargado de extraer calor del cuerpo o espacio a baja temperatura a través de un intercambiador de calor (Evaporador) y traslado por medio de un compresor o bomba para rechazarlo a una temperatura más alta a través de otro intercambiador condensador ver Fig. 1.3.1.El ciclo referencial de la mayoría de los refrigerantes domésticos es el de compresión de vapor como se muestra en la Fig. 1.3.1.El planteo y resolución del ciclo termodinámico es el fundamento principal para el dimensionamiento del sistema de refrigeración, pues su resolución significa haber:

Elegido el refrigerante. Estimado la capacidad de refrigeración Definidos los niveles de temperatura de funcionamiento del ciclo

1MEC 3338”A” REFRIGERACION Y AIRE ACONDICIONADO



Fig. 1.3.1. Sistema y ciclo de compresión de vapor

Estas definiciones y estimaciones permiten estimar la potencia del compresor, tamaño y diseño del evaporador y del condensador, elección del dispositivo de expansión, etc.

1.3.1. EL CICLO IDEAL DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPOR

Muchos de los aspectos imprácticos asociados con el ciclo invertido de Carnot pueden ser eliminados al evaporar el refrigerante por completo antes de que se comprima, y al sustituir la turbina con un dispositivo de estrangulamiento, tal como una válvula de expansión o un tubo capilar.

Fig. 1.3.1.1. Esquema y diagrama T-s para el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor




El ciclo que resulta se denomina ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor, y se muestra de manera esquemática y en un diagrama T-s en la figura 1..3.1.1. El ciclo de refrigeración por compresión de vapor es el que más se utiliza en refrigeradores, sistemas de acondicionamiento de aire y bombas de calor. Se compone de cuatro procesos:

1-2 Compresión isentrópico en un compresor2-3 Rechazo de calor a presión constante en un condensador3-4 Estrangulamiento en un dispositivo de expansión4-1 Absorción de calor a presión constante en un evaporador

En un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor, el refrigerante entra al compresor en el estado 1 como vapor saturado y se comprime isotrópicamente hasta la presión del condensador. La temperatura del refrigerante aumenta durante el proceso de compresión isentrópico, hasta un valor bastante superior al de la temperatura del medio circundante. Después el refrigerante entra en el condensador como vapor sobrecalentado en el estado 2 y sale como líquido saturado en el estado 3, como resultado del rechazo de calor hacia los alrededores. La temperatura del refrigerante en este estado se mantendrá por encima de la temperatura de los alrededores.

El refrigerante líquido saturado en el estado 3 se estrangula hasta la presión del evaporador al pasarlo por una válvula de expansión o por un tubo capilar. La temperatura del refrigerante desciende por debajo de la temperatura del espacio refrigerado durante este proceso. El refrigerante entra al evaporador en el estado 4 como una mezcla saturada de baja calidad, y se evapora por completo absorbiendo calor del espacio refrigerado. El refrigerante sale del evaporador como vapor saturado y vuelve a entrar al compresor, completando el ciclo.

Recuerde que el área bajo la curva del proceso en un diagrama T-s representa la transferencia de calor en procesos internamente reversibles. El área bajo la curva del proceso 4-1 representa el calor absorbido por el refrigerante en el evaporador, y el área bajo la curva del proceso 2-3 representa el calor rechazado en el condensador. Una regla empírica es que el COP mejora entre 2 y 4 % por cada ºC que se eleva la temperatura de evaporación o que disminuye la temperatura de condensación.

Otro diagrama utilizado con frecuencia en el análisis de los ciclos de refrigeración por compresión de vapor es el diagrama P-h, como se muestra en la figura 1.3.1.2. En este diagrama tres de los cuatro procesos aparecen como líneas rectas, y la transferencia de calor en el condensador y el evaporador es proporcional a las longitudes de las curvas del proceso correspondiente.




Fig. 1.3.1.2. El diagrama P-h de un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor.

Obsérvese que a diferencia de los ciclos ideales analizados antes, el ciclo de refrigeración por compresión de vapor no es ciclo internamente reversible puesto que incluye un proceso irreversible (estrangulamiento). Este proceso se mantiene en el ciclo para hacerlo mas realista para el ciclo real de refrigeración por compresión de vapor. Si el dispositivo de estrangulamiento fuera sustituido por una turbina isentrópica, el refrigerante entraría en el evaporador en el estado 4`y no el estado 4. En consecuencia la capacidad de refrigerar se incrementaría (por el área bajo la curva del proceso 4`- 4 en la figura 1..3.1.1.) y la entrada neta de trabajo disminuiría (por la cantidad de salida de trabajo de la turbina). Sin embargo, el remplazo de la válvula de expansión por una turbina no es practico, ya que los beneficios adicionales no justifican el costo y la complejidad que se generan.

Las cuatro componentes asociadas con el ciclo de refrigeración por compresión de vapor son dispositivos de flujo estable, por lo que los cuatro procesos que integran el ciclo pueden analizarse como procesos de flujo estable.

Los cambios en la energía cinética y potencial del refrigerante suelen ser pequeños en relación con los términos de trabajo y transferencia de calor, y por lo tanto, pueden ignorarse. Entonces la ecuación de energía de flujo estable por unidad de masa se reduce a:

(qentrada−qsalida )+(wentrada−w salida)=he−hi⋯(1)

El condensador y el evaporador no implican ningún trabajo y el compresor puede calcularse como adiabático. Entonces los COP de refrigeración y bombas de calor que operan en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor puede expresarse como:

COPR=qL

W neto, entrada

=h1−h4h2−h1

⋯(2)

y

COPBC=qH

W neto ,entrada

=h2−h3h2−h1

⋯(3)

Donde:




h1=hg@ P1y h3=hf @ P3 . Para caso ideal.

1.3.2. La regulación

El ciclo de regulación ocurre entre el condensador y el evaporador, en efecto, el refrigerante líquido entra en el condensador a alta presión y a alta temperatura, y se dirige al evaporador a través del regulador.La presión del líquido se reduce a la presión de evaporación cuando el líquido cruza el regulador, entonces la temperatura de saturación del refrigerante entra en el evaporador y será en este lugar donde se enfría.Una parte del líquido se evapora cuando cruza el regulador con el objetivo de bajar la temperatura del refrigerante a la temperatura de evaporación.

1.3.3. La evaporación

En el evaporador, el líquido se vaporiza a presión y temperatura constantes gracias al calor latente suministrado por el refrigerante que cruza el espacio del evaporador. Todo el refrigerante se vaporizada completamente en el evaporador, y se recalienta al final del evaporador.Aunque la temperatura del vapor aumenta un poco al final del evaporador debido al sobrecalentamiento, la presión se mantiene constante.Aunque el vapor absorbe el calor del aire alrededor de la línea de aspiración, aumentando su temperatura y disminuyendo ligeramente su presión debido a las pérdidas de cargas a consecuencia de la fricción en la línea de aspiración, estos detalles no se tiene en cuenta cuando uno explica el funcionamiento de un ciclo de refrigeración normal.

1.3.4. La compresión

Por la acción del compresor, el vapor resultante de la evaporación es aspirado por el evaporador por la línea de aspiración hasta la entrada del compresor. En el compresor, la presión y la temperatura del vapor aumenta considerablemente gracias a la compresión, entonces al vapor a alta temperatura y a alta presión es devuelto por la línea de expulsión.

1.3.5. La condensación

El vapor atraviesa la línea de expulsión hacia el condensador donde libera el calor hacia el aire exterior. Una vez que el vapor ha prescindido de su calor adicional, su temperatura se reduce a su nueva temperatura de saturación que corresponde a su nueva presión. En la liberación de su calor, el vapor se condensa completamente y entonces es enfriado.

1.3.6. Ciclo real de refrigeración por compresión de vapor

Un ciclo real de refrigeración por compresión de vapor difiere de uno ideal de varias maneras, debido principalmente a las irreversibilidades que suceden en varios componentes. Dos fuentes comunes de irreversibilidades son la fricción del fluido (que provoca caídas de presión) y la transferencia de calor hacia o desde los alrededores.




Fig. 1.3.6.1. Esquema del equipo y diagrama Ts del sistema y ciclo de compresión de vapor

1.3.7. Ciclo Real de Refrigeración por Compresión de Vapor:

Las Irreversibilidades en las corrientes de fluidos que atraviesan al compresor conducen a un aumento de la temperatura del fluido durante el proceso adiabático. Este efecto se acompaña también de un aumento en la temperatura final respecto a la que se alcanzaría en el caso ideal.

1.3.8. Para los casos Reales es mejor trabajar en las siguientes condiciones:

El refrigerante es sobrecalentado antes de entrar al compresor de forma de asegurar vapor al compresor.

El refrigerante condensado es sub enfriado, por lo difícil de trabajar en la condición de saturación además de reducir el efecto refrigerante.

El compresor no es isentrópico por lo que puede haber un aumento o disminución de entropía.

Este caso adiabático e irreversible la salida real puede determinarse a partir del rendimiento adiabático del compresor:

………………(4)

1.3.9. Sistemas por compresión de vapor en cascada y de etapas múltiples

Es necesario examinar dos variaciones del ciclo de refrigeración básico por compresión de vapor. La primera es el ciclo en cascada, que permite usar un ciclo por compresión de un vapor cuando la diferencia de temperatura entre el evaporador y el condensador es muy grande. En la segunda variación se emplea el uso de compresión en etapas múltiples con enfriamiento intermedio, la cual reduce la entrada necesaria de trabajo.

1.3.9.1. Ciclo de cascada

En algunas aplicaciones industriales son necesarias temperaturas moderadamente bajas, y el intervalo de temperatura que implican 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 rendimiento en un compresor reciprocante. Una manera de enfrentar esas situaciones es efectuar el proceso de refrigeración en etapas, es decir,


ηC=h2S−h1h2−h1



tener dos o más ciclos de refrigeración que operen en serie. Dichos ciclos reciben el nombre de ciclos de refrigeración en cascada. Un ciclo de refrigeración en cascada de dos etapas se muestra en la Fig. 1.3.9.1. Los dos ciclos se conectan por medio de un intercambiador de calor en medio de ambos, el cual sirve como el evaporador en el ciclo superior (ciclo A) y como el condensador en el ciclo inferior (ciclo B). Si se supone que el intercambiador de calor está bien aislado y las energías cinética y potencial son despreciables, la transferencia de calor del fluido en el ciclo inferior debe ser igual a la transferencia de calor al fluido en el ciclo superior. De modo que la relación de los flujos de masa en cada ciclo debe ser

……………..(5) Además,

……………..(6)

En el sistema en cascada, no es necesario que los refrigerantes en ambos ciclos sean iguales ya que no se produce mezcla en el intercambiador de calor.

Fig. 1.3.3.9.1. Esquema del equipo de un ciclo de refrigeración en cascada.




Fig. 1.3.9.2. Esquema del diagrama Ts de un ciclo de refrigeración en cascada.

1.3.9.2. Ciclo de compresión de vapor en etapas múltiples

Otra modificación del ciclo de refrigeración por compresión de vapor consiste en la compresión en etapas múltiples con enfriamiento intermedio para disminuir la entrada de trabajo. Cuando el fluido de trabajo utilizado en el sistema de refrigeración en cascada es el mismo, el intercambiador de calor entre las etapas puede sustituirse por un intercambiador de calor regenerativo, ya que éste cuenta con mejores características de transferencia de calor.

Fig. 1.3.9.3.. Esquema de la maquinaria de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor de dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo.




Fig. 1.3.9.4. Esquema del diagrama Ts de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor de dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo.

La Figura 1.3.9.4, muestra un esquema para el ciclo de compresión en dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo. El líquido que sale del condensador se estrangula (proceso 5-6) al entrar a una cámara de expansión mantenida a presión intermedia entre la presiones del evaporador y el condensador. Todo el vapor que se separa del líquido en la cámara de expansión se transfiere a una cámara de mezclado, donde se mezcla con el vapor que sale del compresor de baja presión en el estado 2. La cámara de mezclado actúa como un enfriador intermedio regenerativo, pues enfría el vapor que sale del compresor de baja presión antes que toda la mezcla entre la etapa de alta presión del compresor en el estado 3. El líquido saturado de la cámara de expansión se estrangula al pasar a la presión del evaporador en el estado 9. El proceso de compresión de dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo se muestra en un diagrama Ts en la Fig. 1.3.9.4., en la cual se ha supuesto compresión isentrópico. Aunque el mismo refrigerante circula en ambos circuitos de todo el sistema, los flujos en cada circuito no son iguales. Con objeto de analizar el sistema conviene suponer que en uno de los circuitos circula la unidad de masa. En este análisis supongamos que la unidad de masa pasa por los estados 3-4-5-6 del circuito de alta presión. La fracción de vapor formado en la cámara de expansión es la calidad x del fluido en el estado 6 de la Fig. 1.3.5. y ésta es la fracción del flujo que pasa por el condensador que atraviesa la cámara de mezclado. La fracción del líquido que se forma es (1-x) y es la fracción del flujo total que pasa por el evaporador. Se puede evaluar la entalpía en el estado 3 por medio de un balance de energía en la cámara de mezclado en condiciones adiabáticas

…….…………………..(7)

En la que h3 es la única incógnita. El efecto de refrigeración por unidad de masa que pasa por el evaporador es

…….…………………….(8)

La entrada total de trabajo al compresor por unidad de masa que pasa por el condensador es la suma de las cantidades para las dos etapas, es decir,

…………………(9)




El coeficiente de funcionamiento del ciclo de compresión de vapor en dos etapas con enfriamiento intermedio regenerativo se define como qrefrig/wcomp.

1.3.10. Refrigeración solar por absorción

Para el funcionamiento de enfriadores de absorción por energía solar se pueden utilizar dos técnicas,

a) La primera consiste en utilizar enfriadores continuos, similares en su construcción y funcionamiento a las unidades convencionales de gas o de fluidos condensables; la energía se suministra al generador desde el sistema colector solar-almacenamiento auxiliar siempre que las condiciones dentro del edificio indiquen la necesidad de refrigeración.

b) La segunda consiste en usar enfriadores intermitentes, similares a los empleados en la refrigeración de alimentos, comercializados desde hace muchos años en zonas rurales antes de que se extendiese la refrigeración por compresión y la electrificación. No se utilizan enfriadores intermitentes para acondicionamiento de aire, ni tampoco se han hecho grandes estudios que aconsejen su posible aplicación al acondicionamiento de aire por energía solar.

Fig. 1.3.10.1.. Esquema de un sistema de acondicionamiento de aire por absorción, accionado por energía solar

La experiencia demuestra que es posible adaptar colectores de placa plana para funcionar con ciclos frigoríficos de absorción; en la fig. 1.3.10.1, se muestra un esquema de una disposición en éste sentido. La influencia de los límites actuales de las temperaturas sobre el funcionamiento de los colectores de placa plana, hace que sólo se puedan considerar máquinas comerciales con sistemas de bromuro de litio-agua, Li-Br-H2O, que requieren agua de refrigeración para enfriar el absolvedor y el condensador, por lo que su empleo puede llegar a requerir el uso de una torre de refrigeración.




La utilización de enfriadores de amoniaco-agua, tal como actualmente están comercializados, resulta difícil debido a las altas temperaturas necesarias en el generador. El utilizar enfriadores diseñados para funcionar por energía solar proporciona generadores con temperaturas de funcionamiento inferiores, lo que implica mejores niveles de entrada de energía al generador desde el colector y mejor funcionamiento dentro de un determinado rango de temperaturas.

Si las exigencias de la refrigeración, más que las cargas de calefacción, fijan el tamaño de la superficie colectora, puede resultar ventajoso diseñar enfriadores con coeficientes de rendimiento más altos de los acostumbrados; por ejemplo, para disminuir las exigencias de entrada de energía se pueden utilizar evaporadores de doble efecto, lo que implica que tanto las condiciones como las restricciones para el funcionamiento con energía solar, pueden dar lugar a diseños de refrigerantes distintos a los utilizados para funcionar con combustibles en sistemas convencionales.

El enfriamiento continúo por absorción mediante procedimientos solares para la refrigeraciónSolar, presenta sistemas que son técnicamente factibles como un acondicionador de aire de bromuro de litio-agua, Li-Br-H2O, ligeramente modificado en el sentido de permitir el suministro de agua caliente al generador en lugar de vapor.

Se han realizado estudios analíticos del funcionamiento del conjunto formado por un enfriadorde, Li-Br-H2O y un colector de placa plana, con el fin de identificar los parámetros críticos de diseño y calcular los efectos de las condiciones de trabajo; son importantes el diseño del intercambiador de calor sensible entre el absolvedor y el generador, la temperatura del agua de refrigeración y el diseño del generador que resulta más crítico aquí que en los enfriadores a partir de combustibles, debido al funcionamiento acoplado del colector y el enfriador.

Un cálculo de costes indica que el funcionamiento de este conjunto resulta competitivo con losSistemas de compresión que funcionan eléctricamente.

Los estudios realizados con energía solar en una serie de enfriadores de amoniaco-agua, que utilizan colectores de placa plana, sin almacenamiento, determinaron que el rango de temperaturas para el suministro del agua al generador tenía que estar comprendido entre 60°C y 90°C, no especificándose la temperatura del agua del condensador.

Las concentraciones del amoniaco en el absolvedor y en el generador están comprendidas entre el 58% y el 39%, con funcionamiento continuo y ritmo variable según el suministro de energía.

El enfriamiento por absorción de forma intermitente constituye una alternativa a los sistemas continuos; los trabajos realizados sobre estos ciclos, se han dirigido principalmente a la refrigeración para la conservación de alimentos más que a los sistemas de climatización.




En los ciclos de acondicionamiento de aire, la destilación del refrigerante del absorbente se realiza durante la etapa de regeneración, condensándose y almacenando el refrigerante; durante la etapa de enfriamiento del ciclo, el refrigerante se evapora y queda reabsorbido. Un esquema sencillo de estos procesos se muestra en la fig. 1.16.2, realizándose el almacenamiento en forma de absorbente y refrigerante separados.

Fig. 1.3.10.2. Esquema de un ciclo de enfriamiento intermitente por absorción.

Fig. 1.3.10.3. Refrigerador de absorción con fuente de alimentación geotérmica




Variantes de este ciclo utilizan pares de evaporadores y condensadores, así como otros dispositivos, lo que da como resultado una capacidad de enfriamiento esencialmente continua y un rendimiento mejorado.

Los sistemas refrigerante-absorbente usados en los ciclos intermitentes han sido de, NH3-H2Oy NH3-NaSCN; en este último sistema, el absorbente es una solución de NaSCN en NH3, actuando el NH3 como refrigerante.

Este sistema presenta buenas propiedades termodinámicas para ciclos destinados a la fabricación de hielo, según se ha demostrado con trabajos experimentales con un enfriador intermitente de NH3-H2O utilizando un colector de concentración cilíndrico parabólico para la regeneración.

También se han desarrollado experiencias de máquinas intermitentes funcionando con NH3-H2O en las que el aporte energético se realizaba mediante colectores de placa plana, y en las que el absolvedor y el generador estaban separados.

El generador forma parte del colector de placa plana; el fluido que circula por los tubos es una solución del refrigerante-absorbente mediante una combinación de termosifón y de bomba de burbujas.

En las etapas de regeneración y de refrigeración se emplea un tiempo del orden de 5 a 6 horas cada una; los coeficientes globales de rendimiento son del orden de un 6% para una temperatura del generador de unos 99°C sobre la del medio ambiente, y con temperaturas del evaporador por debajo de 0°C.

1.3.11. REFRIGERACION CRIOGENICA

La criogenia se ocupa de los fenómenos y operaciones que se producen a temperaturas por debajo de los -73 ºC (-100 ºC), línea divisoria arbitraria que define lo “muy frio”. Hace apenas una generación, los gases licuados (que actúan casi idealmente a temperaturas ambientales) se producían por lo general en laboratorios.

Pero en la actualidad los diversos empleos industriales que se han suscitado, sin dejar de mencionar su conocida utilidad en la navegación espacial y en el congelamiento de alimentos, han hecho de la producción de gases licueficados una industria enorme y de rápido crecimiento. Para obtener las bajas temperaturas necesarias para este y otros propósitos, podemos usar el sistema de operación en cascada. En dicho sistema para el N2 liquido se emplea amoniaco para licuar etileno (a 19 atm), que a su vez licua el metano (a 25 atm), que licua al N2 (a 18.6 atm). Cada cual alcanza su temperatura más baja a través de una expansión isentálpica hasta 1 atm; la producción es la parte del N2 que permanece liquida después de la estrangulación hasta 1 atm.




El trabajo requerido para obtener una unidad de masa de gas mediante tal sistema puede ser significativamente menor que en los sistemas que se describen a continuación, pero las complicaciones mecánicas hacen que la maquina requerida sea mucho más costosa. A propósito la temperatura de refrigeración más baja que se puede obtener mediante la compresión y la estrangulación es dos fases, se logra mediante el empleo de nitrógeno cuya temperatura del punto triple es -233 ºC (-387ºF). Ninguna otra sustancia tiene menor temperatura del punto triple, ni tampoco una temperatura critica mayor que -233ºC.

Un fenómeno ampliamente utilizado en la obtención comercial de bajas temperaturas es el efecto Joule Thomson del cual recordamos que para la producción de una caída de temperatura por el estrangulamiento la temperatura inicial debe ser menor que la

temperatura de inversión y el coeficiente de Joule Thomson, μ=( ∂Tðp

)h es positivo. La

máxima disminución de temperatura en el caso de una temperatura inicial particular se produce cuando el estrangulamiento se inicia en un estado en la curva de inversión. En el caso del nitrógeno por ejemplo dicho estado esta definido por 27 ºC (80 ºF) y 350 atm.

Como la temperatura de un fluido debe reducirse por debajo de su temperatura crítica a fin de que exista como liquido el proceso de estrangulamiento final cumpla este requisito. Cuando menor sea la temperatura antes del estrangulamiento menor deberá ser la relación de presión para obtener líquido.

Además la temperatura inicial del fluido tiene que estar por debajo de su máxima temperatura de inversión lo cual no constituye un problema en casi la mayor parte de los gases cuyas temperaturas de inversión se encuentran por encima de las temperaturas atmosféricas normales las únicas excepciones es el H2 (363ºR) y el He (-72ºR).

2. METODOLOGÍA

La práctica de laboratorio se realizó en el Laboratorio de Térmicas de la Carrera de Ingeniería Mecánica-Electromecánica, de la Facultad Nacional de Ingeniería por dos días (viernes, sábado), de horas 10:40 a.m. a 18:49pm y de horas 10:05 a.m. a 17:05pm respectivamente. A una temperatura Ambiente de 12.4 ºC cuando se empezó el laboratorio , y una presión Atmosférica Local de 0.65 (bar) (Oruro-Bolivia).Dicho laboratorio ejecutó todo el grupo de estudiantes de la materia de Refrigeración y Aire Acondicionado, a cargo del Jefe de Laboratorio de Térmicas, Ing. Edgar Peñaranda Muñoz.




2.1. EQUIPO, MATERIAL E INSTRUMENTOS UTILIZADOS

- Refrigerador del laboratorio de Térmicas

- Termómetro de Superficie

- Termómetro de Inmersión

- Termocupla

- Cronómetro

- Multímetro.

2.2. MONTAJE Y DESCRIPCION DEL EQUIPO

Fig. 2.2.1. Montaje del Equipo




Nombre Refrigerador domestico

Tipo MR-130C volumen total efectivo 130L

Marca VENAX JAPAN

Voltaje 220 V

Frecuencia eléctrica

50 Hz

Refrigerante R134a/46g

Construcción 0.45kW-h/24h

Total entrada 90W

Peso total 31 kg.

Compresor 220-240 1Hp

Nombre HigrometroTipo -

Marca TestoIndustria -

Descripción Carcasa color plomoUnidad ºC; ºFAlcance -50-350ºC; 58-660ºF

Sensibilidad 0.1ºCIncertidumbre ±0.1ºC

Nombre Termómetro de InmersiónTipo

Marca TestoIndustria -

Descripción Carcasa color amarilloUnidad ºC; ºFAlcance -50-350ºC; 58-660ºF





Nombre TermocuplaTipo K-Type – YF-160

Marca YFEIndustria -

Descripción Color plomoUnidad ºC, ºFAlcance (-50 -1300 ºC) – (-58ºF 1999ºF)


2.3. DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO

- Se colocó agua en 6 botellas grandes de 2 litros y 4 botellas pequeñas de 350 cc..

- Se colocaron 3 botellas grandes en la parrilla superior del refrigerador y 3 en la parrilla inferior, y las 4 botellas pequeñas se colocaron en la pared. En ese momento se encendió el cronómetro.

- Se ubicaron 3 Termocuplas, una en el congelador, y otra en el medio del refrigerador.

- Se inspeccionaron 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 un periodo de aproximadamente 9 horas, se hizo el monitoreo del refrigerador, anotando los tiempos de encendido (ON) y apagado (OFF) del compresor, así como las temperaturas registradas por las termocuplas en dichos instantes. Además, 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 humedad relativa y la temperatura ambiente.

- 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.

- 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




2 NIVEL 3 NIVEL 4 NIVEL(tapa) Evap. Arriba abajo Puerta I [A] V [V]

NHora [min] HR []

Temp Amb [C]

Temp Sensor [C]

Temp botella [C]

Temp sensor [C]

Temp Sensor [C]

Temp botella [C]

Temp sensor [C]

Temp Sensor [C]

Temp botella [C]

Temp sensor [C] on off 1 2 3 4

1 10:40 22,4 12,4 OFF 0 6 7 8

2 10:49 23,2 12,7 ON 5 8 9 10 0,5 211

3 10:56 24,6 13,1 OFF 2 8 9 11

4 11:01 24,1 13,4 ON 3 10 10 11 0,5 208

5 11:06 23,8 13,6 OFF 1 8 10 11

6 11:14 23,9 13,6 ON 3 9 10 12 0,5 207

7 11:19 23,3 13,8 OFF 1 8 9 11

8 11:27 22,6 14 ON 3 9 10 14 0,5 206

9 11:32 22,7 14 OFF 2 8 10 13

10 11:41 22,6 14 ON 4 9 11 12 0,5 206

11 11:45 22,2 14,2 OFF 2 8 10 11

12 11:49 21 14,4 8 14 9 10 14 9 11 15 11

13 11:54 21,9 14,6 ON 3 9 10 12 0,5 205

14 11:59 20,7 14,7 OFF 1 8 10 11

15 12:07 20,8 15,1 ON 3 9 10 12 0,6 214

16 12:12 18,2 15,1 OFF 2 8 9 11

17 12:20 16,7 15,2 ON 3 9 10 12 0,6 214

18 12:25 17,4 15,2 OFF 3 7 10 11

19 12:34 16,1 15,5 ON 4 10 11 12 0,6 215

20 12:38 16,1 15,8 OFF 3 8 10 11

21 12:47 14,9 16,2 ON 4 10 11 12 0,6 217

22 12:49 14,1 16,2 8 13,7 9 10 13,9 10 12 14,4 11

23 12:53 13,9 16,4 OFF 3 9 11 12




24 13:00 15,1 16,6 ON 5 9 11 12 0,6 215

25 13:05 13,7 16,8OFF 3 8 9 10

26 13:13 15 16,6 ON 4 9 10 12 0,6 218

27 13:17 15,8 16,8OFF 3 8 10 11

28 13:27 15,3 16,7 ON 4 8 9 12 0,6 218

29 13:30 15,8 16,8OFF 3 7 8 11

30 13:40 15,6 17 ON 4 9 9 12 0,6 215

31 13:44 16 17OFF 2 7 8 11

32 13:49 15,7 17 8 13,4 9 9 13,1 10 11 13,8 1333 13:53 15,5 17 ON 4 8 9 12 0,5 216

34 13:57 15,5 17OFF 2 7 9 11

35 14:06 13,1 17,1 ON 4 8 9 12 0,5 216

36 14:10 12,3 17,2OFF 3 7 8 11

37 14:19 12,1 17,3 ON 4 8 9 12 0,5 214

38 14:23 11,5 17,3OFF 2 6 8 11

39 14:33 10,5 17,5 ON 4 8 9 18 0,5 216

40 14:37 10,8 17,4OFF 2 6 8 15

41 14:46 10,6 17,3 ON 4 8 9 12 0,5 21642 14:49 10,2 17,2 7 12,3 9 8 12,4 10 16 13,2 17

43 14:54 10,4 17,3OFF 3 8 9 17




44 14:58 10,4 17,4 ON 5 8 10 13 0,5 216

45 15:02 10,7 17,4OFF 4 8 10 16

46 15:11 11,8 17,5 ON 5 8 10 13 0,5 216

47 15:16 11,4 17,5OFF 3 7 9 15

48 15:24 12 17,4 ON 4 8 10 15 0,5 216

49 15:29 11,3 17,3OFF 3 7 9 15

50 15:38 12,4 17,3 ON 4 8 9 15 0,5 216

51 15:42 12,2 17,3OFF 2 7 8 12

52 15:49 12,8 17,3 7 11,7 9 9 11 10 17 12,6 1553 15:51 13,2 17,3 ON 5 8 9 17 0,5 216

54 15:55 13,1 17,3OFF 4 7 9 15

55 16:04 11,3 17,2 ON 4 7 9 15 0,5 216

56 16:09 10 17,1OFF 2 5 8 16

57 16:18 10,5 17 ON 4 7 8 16 0,5 216

58 16:22 10,6 17OFF 2 6 8 15

59 16:32 11,1 17,4 ON 3 6 7 16 0,5 216

60 16:36 9,2 17,2OFF 2 6 8 9

61 16:46 10 16,9 ON 3 7 9 11 0,5 21662 16:49 10,3 17 6 11,2 9 8 11,5 9 15 12,4 13

63 16:50 10,3 17OFF 2 6 8 10




64 17:00 12,2 18,6 ON 4 8 8 11 0,5 216

65 17:04 10,8 17,8OFF 2 7 8 10

66 17:14 11,5 17,6 ON 3 7 8 11 0,5 216

67 17:19 12,9 17,6OFF 1 6 8 10

68 17:29 9,7 17,3 ON 3 8 8 10 0,5 216

69 17:33 9,3 17,2OFF 2 6 7 10

70 17:43 9,8 16,9 ON 3 7 8 10 0,5 216

71 17:47 12,8 16,7OFF 2 7 7 9

72 17:49 9,2 16,6 7 10,3 8 9 10,3 9 11 12,1 1273 17:57 11,1 16,4 ON 4 7 8 11 0,5 216

74 18:02 8,9 15,9OFF 1 5 8 10

75 18:13 10,5 16,4 ON 3 6 8 10 0,5 216

76 18:17 9,2 16,2OFF 2 5 8 10

77 18:27 9,5 15,3 ON 2 6 7 10 0,5 216

78 18:31 9,7 14,9OFF 4 7 7 11

79 18:41 15 16,8 ON 2 6 8 11 0,5 216

80 18:46 10,9 15,7OFF 0 5 6 10

81 18:49 11,1 15,1 6 9,7 7 7 9,9 7 10 12,3 10

2 NIVEL 3 NIVEL 4 NIVEL(tapa)Evap Arriba abajo Puerta I [A] V [V]




NHora [min] HR []

Temp Amb [C]

Temp Sensor [C]

Temp botella [C]

Temp sensor [C]

Temp Sensor [C]

Temp botella [C]

Temp sensor [C]

Temp Sensor [C]

Temp botella [C]

Temp sensor [C] on off 1 2 3 4

1 10:05 23,8 9,1 0 17 17 17 * -0,5 7 7 9 0,6 2232 11:05 20,6 13 7 13 6 8 13,8 7 8 13 83 12:05 20,9 14,2 6 13,5 5 7 13,5 6 7 13,8 74 13:05 18,8 15,5 3 11,8 4 4 11,8 5 4 12,3 45 14:05 16,7 17,3 2 10,3 3 4 10,2 3 3 10,8 56 15:05 14,1 18,1 2 8,5 4 2 8,6 4 4 10,7 57 16:05 11,6 17,9 1 7,6 3 1 8,4 3 4 9,6 78 17:05 10,6 17,6 0 6,3 1 1 5,8 2 5 8,2 6




2.5. CÁLCULOS

2.6. RESULTADOS

3. DISCUSIÓN E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

4. CONCLUSIONES

Los resultados comparados para los regímenes 1 y 2 son diferentes debido a las condiciones de trabajo en las que se manejaron, el tiempo de funcionamiento, que está en función de las temperaturas requeridas en el interior.

Podemos decir entonces que los consumos estarán siempre en función de los requerimientos de temperaturas bajas, si queremos mantener refrigerado frutas y legumbres por ejemplo, las temperaturas que requerimos están por encima de los 10 °C entonces nuestro requerimiento de frio será moderado por lo que el consumo de energía será también menor, si bien las condiciones ambientales ayudan no fueron determinantes en los resultados de consumo energético. Otro factor seria el tiempo de funcionamiento que fue menor en el 1° régimen

Las cargas térmicas son del 69.9% de un total de potencia ideal de 110 W

5. BIBLIOGRAFÍAhttp://www.si3ea.gov.co/Eure/6/inicio.htmlhttp://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-152.htm

6. ANEXOS


http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-152.htm

http://www.si3ea.gov.co/Eure/6/inicio.html

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