UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA FACULTAD DE
INGENIERÍA MECÁNICA
LABORATORIO #6: “REFRIGERACIÓN”
CURSO: LABORATORIO DE INGENIERIA MECANICA III
CODIGO DE CURSO / SECCIÓN: (MN-464) – D
DOCENTE: AGUILAR VIZCARRA DUILIO LEONCIO
INTEGRANTES:
MUÑOZ ANCO JESUS ANDRES
CODIGO: 20182202H
ELIAN FRANCISCO GARCIA SALINAS CODIGO: 20190099H
JOHN
CODIGO: XXXXXX
ACOSTA
CODIGO:XXXX
CUBAS
CODIGO}: XXXX
RENEGADO
CODIGO;XXXX
FECHA DE PRESENTACION: 29/05/2023
LIMA – PERU 2023
INTRODUCCIÓN
Un sistema de refrigeración se emplea para mantener cierta región del espacio a una
temperatura menor que la de su entorno. El fluido de trabajo puede permanecer en una
sola fase (refrigeración por gas) o puede aparecer en dos fases (refrigeración por
compresión de vapor). Es común asociar la refrigeración con la conservación de
alimentos y acondicionamiento de aire en los edificios. No obstante, las técnicas de
refrigeración se necesitan en muchas otras situaciones. Como son el empleo de
combustibles líquidos para la propulsión de cohetes, el oxígeno líquido para la
fabricación del acero, el nitrógeno líquido para la investigación a temperaturas bajas
(criogenia), y para técnicas quirúrgicas y el gas natural licuado para transporte
intercontinental son solo algunos ejemplos de los muchos que la refrigeración es
esencial.
Las aplicaciones de la Refrigeración son muy numerosas, siendo una de las más
comunes la conservación de alimentos, acondicionamiento ambiental, enfriamiento de
equipos y últimamente en los desarrollos tecnológicos de avanzada en el área de los
ordenadores.
En esta experiencia e informe se mostrará en forma objetiva el funcionamiento del
equipo de refrigeración con que cuenta nuestra facultad, así mismo, tiene como fin
obtener el COP del ciclo y de la planta, así como también la eficiencia volumétrica del
compresor.
Finalmente esperando que este informe cumpla con su objetivo y sea de valor
informativo al lector que lo tenga en sus manos.
OBJETIVOS

Analizar el ciclo de refrigeración por compresión de un refrigerante real, con una
válvula de expansión y un tubo capilar.

Determinar el Coeficiente de desempeño (COP) del fluido, la eficiencia mecánica
y eficiencia volumétrica del compresor.

Aprender a usar diagramas de temperatura en relación a la entropía para
representar el ciclo de refrigeración evaluado.
FUNDAMENTO TEORICO
1. Ciclo ideal de Refrigeración por compresión.
Es el que más se utiliza en refrigeradores domésticos, sistemas de acondicionamiento
de aire y bombas de calor. Se compone de cuatro procesos:
1-2
Rechazo de calor a presión constante en un condensador. El refrigerante entra
al condensador como vapor sobrecalentado en el estado 1 y sale como liquido
saturado en el estado 2, como resultado del rechazo de calor hacia los
alrededores.
2-3
Estrangulamiento en un dispositivo de expansión. El refrigerante líquido saturado
en el estado 2 se estrangula hasta la presión del evaporador al pasarlo por una
válvula de expansión o por un tubo capilar
3-4
Absorción de calor a presión constante en un evaporador. El refrigerante entra
al evaporador en el estado 3 como vapor húmedo de baja calidad, y se evapora
por completo absorbiendo calor del espacio refrigerado
4-1
Compresión isentrópica en un condensador. El refrigerante entra al compresor
en el estado 4 como vapor saturado y se comprime isentrópicamente hasta la
presión del condensador (estado 1)
2. El ciclo real de Refrigeración por compresión
Difiere de uno ideal principalmente debido a las irreversibilidades que ocurren en los
componentes. Dos fuentes comunes de irreversibilidad son la fricción del fluido (causa
caídas de presión) y la transferencia de calor hacia o desde los alrededores.
En el ciclo ideal, el refrigerante sale del evaporador y entra al compresor como
vapor saturado. En lugar de eso los sistemas son diseñados de modo que el refrigerante
se sobrecaliente ligeramente en la entrada del compresor (7-8). También, en la línea
que conecta al evaporador con el compresor existe una caída de presión (8-1)
ocasionada por la fricción del fluido y la transferencia de calor con los alrededores al
refrigerante pueden ser significativas.
El proceso de compresión en el ciclo ideal es internamente reversible y
adiabático y, por ende, isentrópico. Sin embargo el proceso de compresión real incluirá
efectos de fricción, los cuales incrementan la entropía, dependiendo de la dirección. Por
consiguiente, la entropía del refrigerante puede incrementarse (proceso 1-2) o disminuir
(proceso 1-2’) durante un proceso de compresión real, dependiendo del predominio de
los efectos.
En el caso ideal, se supone que el refrigerante sale del condensador como liquido
saturado a la presión de salida del compresor. En realidad, es inevitable tener cierta
caída de presión en el condensador (3-4), así como en las líneas que lo conectan con
el compresor (2-3) y la válvula de estrangulamiento (4-5). El refrigerante se subenfría un
poco antes de que entre a la válvula de estrangulamiento.
3. El tubo capilar
El tubo capilar es un dispositivo de control de refrigerante. Se trata de un simple tubo de
cobre con una longitud específica que depende de la aplicación o unidad donde se lo
use, y en cuyo interior posee un orificio de diámetro muy reducido, que actúa como
restricción al paso del refrigerante que ingresa al evaporador de un frigorífico o sistema
de refrigeración. La longitud del tubo capilar es lo que hace posible la resistencia
necesaria para crear la diferencia de presión entre el lado de alta y baja presión de un
sistema frigorífico.
Una de las ventajas del tubo capilar, es que equilibra las presiones tanto del lado
de alta como de baja presión cuando el sistema frigorífico se detiene. Esto es, debido a
que mientras el sistema está detenido, la presión de alta y de baja tienden a buscar el
equilibrio a través del tubo capilar. Cuando el compresor vuelve a arrancar, las presiones
en ambos lados son prácticamente las mismas. De esta manera, no se somete al
compresor a un arranque con una gran presión en contra. Esta característica del tubo
capilar, es lo que permite el empleo de compresores más económicos y con bajo torque
de arranque en pequeñas unidades frigoríficas.
Durante el servicio o reparación de unidades equipadas con tubo capilar, el técnico
puede llegar a encontrarse con un tubo capilar bloqueado. Entre las causas que
provocan esta falla podemos mencionar:

Presencia de humedad en el sistema frigorífico que al intentar atravesar el tubo
capilar se congela y obstruye el mismo.

Presencia de impurezas generadas por la degradación del aceite que se
acumulan en el tubo capilar y lo obstruyen.

Malas prácticas durante la reparación de la unidad que provocan la obstrucción
del tubo capilar.

Degradación de las moléculas del filtro deshidratador que se acumulan en el tubo
capilar impidiendo el paso de refrigerante.
4. Válvula de expansión Termostática (VET)
El fluido refrigerante en estado
líquido procedente del condensador se
introduce en el evaporador a través de
la válvula de expansión. Esta última
inyecta de forma continua refrigerante
en condiciones adecuadas para que
éste se mantenga permanentemente a
la presión de evaporación que
corresponda a la temperatura que se
desee alcanzar en el interior del
habitáculo que se quiere refrigerar.
Una válvula de expansión consta de un
elemento termostático (1), separado
del cuerpo de válvula por una
membrana. El elemento termostático
está en contacto con el bulbo (2) a
través de un tubo capilar, un cuerpo de
válvula con asiento de válvula (3) y un
muelle (4)
El funcionamiento está determinado por 3 presiones fundamentales:
P1: La presión del bulbo que actúa en la parte superior de la membrana y en la
dirección de la apertura de la válvula.
P2: La presión del evaporador, que influye en la parte inferior de la membrana y
en la dirección del cierre de la válvula.
P3: La presión del muelle, que igualmente actúa en la parte inferior de la
membrana y en la dirección del cierre de la válvula.
Cuando la válvula regula, hay un balance entre la presión del bulbo por un lado
de la membrana y la presión de evaporación y del muelle por el lado opuesto de la
membrana. Por medio del muelle se ajusta el recalentamiento.
Recalentamiento
El recalentamiento se mide en el lugar donde está situado el bulbo en la tubería
de aspiración, el resultado es la diferencia entre la temperatura existente en el bulbo y
la presión de evaporación/temperatura de evaporación en el mismo lugar.
El recalentamiento se mide en Kelvin (K) o en °C y se emplea como señal
reguladora de inyección de líquido a través de la válvula de expansión.
Subenfriamiento
El subenfriamiento se define como la diferencia entre la temperatura del líquido
y la presión/temperatura de condensación a la entrada de la válvula de expansión. El
subenfriamiento se mide en Kelvin (K) o en °C.
El subenfriamiento del refrigerante es necesario para evitar burbujas de vapor en
el líquido delante de la válvula. Las burbujas de vapor merman la capacidad de la válvula
y por consiguiente reducen el suministro de líquido al evaporador.
Un subenfriamiento de un valor de 4-5K es suficiente en la mayoría de los casos.
5. El refrigerante R-12
El Difluordiclorometano es un representante del grupo CFC. Está caracterizado por
presentar un PDO alto ( =1) y un elevado potencial de calentamiento global (PCG =
8500). Es un gas claro con un olor específico, 4,18 veces más pesado que el aire. Es
uno de los más difundidos y seguros en la operación de los refrigerantes. En una
atmósfera que contiene una fracción en volumen mayor a un 30% del R'12, la asfixia
tiene lugar como resultado de la falta del oxígeno. La concentración de tolerancia (CT)
en particular bajo la exposición de dos horas, corresponde a un contenido en el aire en
términos de fracción en volumen de 38,5...30,4%. No es un explosivo, pero a una
temperatura superior T > 330 oC se descompone con formación de cloruro de hidrógeno,
fluoruro de hidrógeno anhidro y trazas del gas venenoso llamado fósgeno. Se mezcla
en toda proporción en aceites, no conduce la corriente eléctrica y se diuelve muy poco
en agua. La fracción en volumen de humedad en R-12 para refrigeradores domésticos
no debe exceder 0,0004 %. R12 deshidratado es neutral a todos los metales. Se
caracteriza por una alta fluidez que facilita su penetración a través de los pequeños
poros del hierro comercial. Al mismo tiempo gracias a la alta fluidez del R-12 los aceites
refrigerantes penetran a través de las partes gomosas y reduce su escape. Ya que el R12 es un buen disolvente de muchas sustancias orgánicas, durante la manufactura de
almohadillas se usan gomas especiales, sevanita o paronita. En los equipos de
refrigeración, el R-12 fue ampliamente usado para obtener temperaturas medias.
MATERIALES Y EQUIPOS
Equipo para el ensayo
Compresor
Tubo Capilar
Válvula
PROCEDIMIENTO DEL ENSAYO
1. Escogemos si vamos a trabajar con la válvula de expansión o con el tubo capilar.
2. Se enciende el compresor, se deja que circule el refrigerante por el ciclo.
3. Se trabaja con 3 combinaciones de velocidad, primero con la velocidad MediumMedium, luego Medium-High y finalmente High-High.
4. Se toma los datos de cada uno de las combinaciones, los datos son presión,
temperatura, flujo másico del refrigerante, potencia, voltaje, amperaje del
compresor.
DATOS OBTENIDOS EN LABORATORIO
VACÍO
Condición Pot(W) V (Volt) I (A)
A-A
110
110
<3
M-A
120
110
<3
A-M
120
110
<3
Condición
A-A
M-A
A-M
TUBO
VÁLVULA
P1
psi
CON CARGA
Pot(W)
V (Volt)
I (A)
Valv
Tubo
Valv Tubo Valv Tub
820
640
105
105
9
8
700
700
106
105 9.3 8
800
540
105
105
9
7
REFRIGERANTE
P2 P3 P4 T1
T2 T3
psi psi psi °C
°C
°C
T4
°C
EVAPORADOR CONDENSADOR
mr
Tentr Tsal V Tentr Tsal V
kg/min
°C
°C m/s °C
°C m/s
A-A
122 120 32 28 67.7 30.4 -3.2 22.3
1.3
23
21
4
23
27
4.9
M-A
144 142 36 32 63.2 37.8 -0.3 22.4
1.4
23
20
3.8
23
33
1.2
A-M
122 112 32 30
1.3
23
19
1.2
23
28
3.6
A-A
122 121 30 26 65.2 32.8 -2.9
1
23
20
4
23
28
4.7
M-A
144 142 32 29 67.7 38.4 -3.2 23.1
1.2
23
22
4
23
34
1.5
A-M
122 121 28 24 61.5 32.2
1
23
19
1.3
23
28
4.6
67
32.5 -1.7 22.3
-4
22
28.9
FÓRMULAS PARA EL CÁLCULO
Efecto refrigerante útil:
𝑤𝑟 = ℎ4 − ℎ3
Calor transferido:
𝑞𝐴 = ℎ1 − ℎ2
Trabajo de compresión:
𝑤𝑐 = ℎ1 − ℎ4
Potencia de compresión:
𝑃𝑐 = 𝑚̇𝑟 𝑤𝑐
Coeficiente de performance (COP) del ciclo:
𝑤𝑟
𝐶𝑂𝑃𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 =
𝑤𝑐
Coeficiente de performance (COP) del sistema:
𝐶𝑂𝑃𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎 =
𝑤𝑟 𝑚̇𝑟
𝑃𝑒𝑗𝑒 − 𝑃𝑒𝑗𝑒,𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜
Eficiencia Mecánica:
𝑛𝑚 =
𝐶𝑂𝑃𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑚𝑎
𝐶𝑂𝑃𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜
Tubo
Válvula
Tubo
Válvula
RESULTADOS
A-A
M-A
A-M
A-A
M-A
A-M
A-A
M-A
A-M
A-A
M-A
A-M
wr
(Kj/Kg)
169.092
166.028
167.492
168.858
169.497
170.673
mr
(Kg/s)
0.02167
0.02333
0.02167
0.01667
0.02000
0.01667
h1
(Kj/Kg)
224.506
219.063
223.988
222.654
222.515
219.902
h2
(Kj/Kg)
65.098
72.4723
67.1564
67.4456
73.5668
66.8585
h3
(Kj/Kg)
33.1247
35.7988
34.4985
33.3915
33.1247
32.3777
h4
(Kj/Kg)
202.217
201.827
201.99
202.249
202.622
203.051
qa
(Kj/Kg)
159.408
146.591
156.832
155.208
148.948
153.044
wc
(Kj/Kg)
22.289
17.236
21.998
20.405
19.893
16.851
Pc
COP
(Kw)
ciclo
0.4829 7.5864
0.4022 9.6326
0.4766 7.6139
0.3401 8.2753
0.3979 8.5204
0.2809 10.1284
COP
planta
4.4679
5.5343
4.5362
4.3973
4.8428
5.2677
Nm
0.5889
0.5745
0.5958
0.5314
0.5684
0.5201
GRÁFICAS PARA LA VÁLVULA DE EXPANSIÓN
Grafica 1. Ciclo del refrigerante para válvula de expansión, velocidad M-M
Grafica 2. Ciclo del refrigerante para válvula de expansión, velocidad M-H
Grafica 3. Ciclo del refrigerante para válvula de expansión, velocidad H-H
GRÁFICAS PARA EL TUBO CAPILAR
Grafica 4. Ciclo del refrigerante para tubo capilar, velocidad M-M
Grafica 5. Ciclo del refrigerante para tubo capilar, velocidad M-H
Grafica 6. Ciclo del refrigerante para tubo capilar, velocidad H-H
OBSERVACIONES

Cuando se trabaja con la válvula de expansión se utiliza un mayor flujo másico,
y por ende hay un mayor trabajo del compresor, consume más energía eléctrica.

Se tiene que esperar un tiempo adecuado cada que cambiamos de alta-alta a
media-alta y de la anterior a alta-media, para que el sistema se estabilice.

Las condiciones de entrada tanto del evaporador como del condensador varían,
pero esa variación es casi insignificativa, por ese motivo se tomó como
constante.
CONCLUSIONES

De los resultados
Válvula de expansión
Tubo capilar
COPciclo
COPsistema
nm
COPciclo COPsistema
nm
M-M
7.5864
4.4679
0.5889
8.2753
4.3973
0.5314
M-A
9.6326
5.5343
0.57445 8.5204
4.8428
0.5684
A-M
7.6139
4.5362
0.5958 10.1284
5.2677
0.5201
Podemos concluir que, con la válvula de expansión, hay una eficiencia mayor
con mayor carga que con el tubo capilar a menor carga.

Cuando se utilizó tubo capilar se registró un flujo másico muy pequeño por lo
que el COP del sistema es mucho menor con respecto al COP del ciclo y por
ende la eficiencia es pequeña.

Los sistemas frigoríficos que emplean tubo capilar como dispositivo de
expansión, no requieren el empleo de tubo o tanque recibidor ya que todo el
refrigerante en estado líquido es almacenado en el evaporador. Sin embargo,
pueden encontrarse en la línea de baja presión un acumulador de succión que
previene la posible entrada de refrigerante en estado líquido al compresor. Los
acumuladores de succión evitan la entrada de refrigerante líquido al compresor,
el cual no está diseñado para comprimir refrigerante en estado líquido.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

Manual de Laboratorio de Ingeniería Mecánica III

TERMODINAMICA. Cengel Yunus. Editorial Mc Graw Hill.

Referencias de Internet