lOMoARcPSD|9563280
Laboratorio N°2 - Refrigeración - Curso ingenieria de
procesos- Ciclo 5-2021
procesos de ingenieria (Universidad Peruana de Ciencias Aplicadas)
Studocu is not sponsored or endorsed by any college or university
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
LAB. N°2 Ciclo de
refrigeración
Fecha: 16/09/2021
Nombres y Apellidos:
Angelica Kateerin Velez de Villa Exaltación
Armin Quispe Nestares
José Alejandro Razuri Paredes
Código:
U201924827
U201920490
U201711316
UPC UNIVERSIDAD PERUANA DE CIENCIAS APLICADAS
Carrera de Ingeniería Industrial
INGENIERÍA DE PROCESOS
Laboratorio N°2:
CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN
OBJETIVOS:
Al finalizar la experiencia, el alumno será capaz de:
• Describir un ciclo de refrigeración por compresión identificando sus componentes. Utilidad
• Calcular e Interpretar la velocidad de enfriamiento del ciclo de refrigeración.
• Determinar e interpretar el coeficiente de rendimiento del ciclo de refrigeración.
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
Sección:
IN51
Grupo: 09
lOMoARcPSD|9563280
FUNDAMENTO TEÓRICO:
El esquema mostrado contiene las etapas de un ciclo de
refrigeración por compresión. Este ciclo de refrigeración es el
que más se utiliza en refrigeradores, sistemas de
acondicionamiento de aire, frigoríficos.
En un ciclo de refrigeración por compresión hay dos ramas: una
de alta presión (descarga del compresor, condensador, entrada
a la válvula) y una de baja presión (salida de la válvula,
evaporador, ingreso al compresor).
➢ En el evaporador, el fluido refrigerante recibe calor del cuerpo que se quiere enfriar y, por absorción del
calor, cambia del estado líquido al estado de vapor ligeramente sobrecalentado.
➢ En este estado (vapor ligeramente sobrecalentado) el fluido refrigerante sale del evaporador y es
succionado por el compresor que aumenta su presión, lo sobrecalienta más y lo envía al condensador.
➢ Aquí, primero el refrigerante se enfría gradualmente y luego se condensa, es decir, vuelve al estado líquido,
gracias a la función de enfriamiento del agua o del aire que circulan en el condensador.
➢ Dado que en el condensador el fluido refrigerante comprimido está sometido a una presión mayor que la
que se encuentra en el evaporador, para enviar el líquido al evaporador se necesita de un dispositivo que
reduzca la presión del líquido desde el valor que tiene en el condensador hasta el valor que tendrá en el
evaporador.
Este dispositivo es la válvula de estrangulamiento o expansión. En ella, el líquido es forzado a pasar a través
de un orificio muy pequeño. Para superar este obstáculo el líquido necesita de energía que es tomada del
fluido mismo. En esta válvula el fluido se enfría y reduce su presión. Desde este punto, el fluido en estado
líquido-vapor frío pasa a través del evaporador, iniciándose nuevamente el ciclo
Lectura de las entalpías (kJ/kg)
Se puede utilizar la tabla de propiedades termodinámicas para el Refrigerante 134aa, pero también un
diagrama semilogarítmico P-h para este refrigerante, como se describe.
La representación del ciclo en el diagrama P-h del
fluido refrigerante R134a, se realiza después de haber
leído en los instrumentos de la instalación los valores
de presión dentro de los cuales el ciclo se desarrolla,
las temperaturas del refrigerante en las líneas de
succión (T1) y la temperatura que el fluido refrigerante
tiene antes de atravesar la válvula de expansión (T3).
Con estos datos, se construye el ciclo frigorífico de la
manera siguiente:
a) Se trazan las rectas P1 = constante y P2 = constante.
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
b) Desde el punto 1, que corresponde a la intersección entre las rectas P1 y T1, se traza la paralela a las
líneas isentrópicas (s1 = s2), hasta cruzar la recta P2 en el punto 2.
c) Interceptando la recta P2 con T3 se define el punto 3, y desde este punto se traza la vertical hasta cruzar
la recta P1 en el punto 4.
Los cuatro componentes asociados con el ciclo de refrigeración por compresión de vapor son dispositivos de
flujo estacionario (sistemas abiertos), por lo que los cuatro procesos que integran el ciclo pueden analizarse
como tales procesos. 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. El condensador
y el evaporador no implican ningún trabajo y el compresor puede calcularse como adiabático.
• Capacidad de enfriamiento:
• Trabajo requerido:
• Calor expulsado:
Evaporador
Compresor
Condensador
qentrada = qL = (h5 – h4)
wentrada = wcompresor = (h2 – h1)
qsalida = qH = (h2 – h3)
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
Nótese que la temperatura del punto 2 es diferente a la temperatura T2I registrada por el termómetro. Esto se
debe al intercambio térmico en el interior del compresor. El segmento 4-5, leído en la escala de entalpía,
representa el calor que el líquido absorbe del ambiente exterior. El segmento 5-1 representa el
sobrecalentamiento del vapor mientras recorre el tramo entre la salida del evaporador y la entrada al
compresor.
El coeficiente de funcionamiento o rendimiento (COP) será:
𝐶𝑂𝑃 = 𝑤
𝑞𝐿
𝑐𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑜𝑟
Solo como referencia, la representación del ciclo de refrigeración descrito se puede representar en el diagrama
T-s de la siguiente manera
5
DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO
B
A
D
C
EVAPORADOR
CONDENSADOR
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
A - Lámpara piloto de presencia de tensión
B - Botón de marcha
1 – Interruptor térmico diferencial
2 – Filtro deshidratador
3 – Indicador de flujo
4 – Medidor de caudal
5 – Presóstato de alta y baja presión
6 – Manómetros de alta y baja presión
7 – Condensador
C - Botón de emergencia.
D - Vatímetro
8 – Acumulador
9 – Válvula de carga del refrigerante
10 – Compresor
11 – Válvula de expansión
12 – Evaporador
13 – Termómetro digital
14 – Manubrio
Antes de la puesta en marcha:
a) Llenar el condensador con agua ;
b) Llenar el evaporador con una mezcla de agua y de líquido anticongelante ( 1 anti /4 agua )
c) Abrir todos los grifos excepto el grifo by-pass de la válvula termostática.
d) Conectar la planta a la red: 220Vac monofásica.
e) Asegurarse que el botón de parada de emergencia no esté activado de lo contrario soltarlo
Puesta en marcha
f) Levantar la llave diferencial (1)
g) Verifique que el presóstato de alta presión (5) no se haya activado, de lo contrario rearmarlo.
h) Verificar que la alta presión y la baja presión sean equilibradas de lo contrario, abrir lentamente el grifo bypass de la válvula termostática hasta que las presiones se equilibren (controlar los valores de las presiones
en los manómetros correspondientes), luego cerrar el grifo
i) Oprimir el botón de marcha (B)
DESCRIPCIÓN DEL EXPERIMENTO:
j) Lea el caudal (más o menos estable) en el rotámetro. Para cambiar el caudal se debe manipular el manubrio
debajo del filtro deshidratador (2)
k) Tomar los datos de alta y baja presión (6)
l) Leer las temperaturas de entrada y salida del compresor y entrada y salida de la válvula. Registrar los datos
completando la ficha correctamente.
Nota: Se deberá prestar atención a que la culata del motor del compresor no pique debido a la presencia de
líquido en la línea de admisión o en la campana del compresor. Si esto ocurre, se deberá detener de inmediato
el compresor y volver a ponerlo en marcha varias veces hasta que desaparezca el picado, de lo contrario, la
culata del compresor podría dañarse.
INFORME:
Desarrolle el informe completando cada una de las partes que se indican.
Debe mostrar sus cálculos. El orden, claridad de redacción y el empleo correcto de unidades es parte
importante para obtener la máxima calificación.
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
REGISTRO DE DATOS
Sección:
IN51
Integrantes:
Grupo: 09
Velez de Villa Exaltación, Angelica Kateerin
Quispe Nestares, Armin
Razuri Paredes, José Alejandro
(SO 6.1) – 1.0 p
1. DATOS EXPERIMENTALES:
CICLO DE REGRIGERACIÓN
Caudal de
refrigerante
(L/min)
Presión (MPa)
Alta
0.05
Temperatura (°C )
Baja
Entrada al
compresor
(T1)
Salida del
compresor
(T2I)
0.1
15.4
38.1
Salida del
Entrada al
Salida del
condensador evaporador evaporador
(T3)
(T4I)
(T5I)
33.7
-7.9
-4.7
1
EVAPORADOR
CONDENSADOR
Masa de agua en el tanque = 1.6 L =1.6 kg
Masa de agua en el tanque = 2.6 L = 2.6 kg
Temperatura inicial
( °C )
19.3 °C
Temperatura inicial
( °C )
19.8 °C
Temperatura de final
( °C )
-5.8 °C
Temperatura de final
( °C )
41.9°C
Potencia eléctrica: 0.13 kW
Tiempo de funcionamiento: 17 minutos y 33 segundos
Fecha: 16/09/2021
Firma del profesor: Nora Bernal Portilla
2. HOJA DE RESULTADOS
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
(SO 6.1) – 8
lOMoARcPSD|9563280
a) Con los datos de presión y temperatura, considerando compresión isentrópica y proceso isentálpico,
encuentre en el diagrama correspondiente las entalpías del refrigerante. Escriba el estado del refrigerante
en cada caso. (2 puntos)
b) Calcule la capacidad de enfriamiento (capacidad frigorífica, mientras el refrigerante se evapora) en
kJ/kg
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
c) Determine el trabajo del compresor en kJ/kg
d) Halle el coeficiente de funcionamiento
e) Calcule el flujo de refrigerante
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
f) Calcule la potencia transmitida al refrigerante al pasar por el compresor
g) Determine la eficiencia eléctrica del compresor. Interprete
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
( S0 6.1 – 8 p)
3. CUESTIONARIO:
a) ¿Qué cambios sufre el refrigerante cuando pasa por el evaporador? ¿Cómo ocurre el intercambio de
calor?
Según lo observado en el laboratorio cuando el refrigerante pasa por el evaporador cambia de estado de líquido
a vapor sobrecalentado, esto debido a que en el evaporador se cede calor, transferencia de energía, que está
contenida en el medio ambiente hacia el refrigerante, manteniéndose presión constante y variando ligeramente
la temperatura.
b) ¿Por qué es necesario aumentar la presión después que el refrigerante ha extraído calor en el
evaporador?
Resaltando que el compresor mecánico se encarga de incrementar la presión, es indispensable su incremento
para condensarlo dentro de otro intercambiador de calor. Gracias a ese aumento de presión, se produce un
aumento de temperatura que permite el cambio de estado del fluido refrigerante.
c) ¿Cuál es la función de la válvula de expansión?
La válvula de expansión termostática tiene como función regular la entrada de líquido refrigerante al
evaporador, al reducir la presión del líquido proveniente del condensador dirigido al evaporador. Este proceso
es indispensable debido a que, en el condensador, el fluido refrigerante se encuentra a una mayor
temperatura que en el evaporador y con el proceso ayuda a recuperar la presión inicial.
d) ¿Cómo se tiene evidencia durante la experiencia, que el refrigerante disipa calor en el condensador?
La evidencia de disipación de calor se observa en los picos de temperatura que se genera al analizar el
diagrama P-H en el que, según el fluido refrigerante, se disipa el calor. El fluido refrigerante que hay
evaporador recibe calor del cuerpo que se quiere enfriar y por absorción, cambia de estado líquido al estado
de vapor, ligeramente sobrecalentado.
e) Calcule el calor que ha perdido el agua en el tanque del evaporador y compare con el calor calculado a
partir del refrigerante (capacidad de enfriamiento)
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
(SO 6.1 – 3 p)
4. CONCLUSIONES:
•
•
•
•
Las temperaturas y presiones(altas) en el proceso que interviene el evaporador y la válvula de
expansión son constantes.
En el proceso que intervienen el compresor y condensador, la presión se mantiene constante; sin
embargo, sus temperaturas varían. En el proceso 2-3 y 3-4, las presiones y temperaturas
disminuyen y aumentan respectivamente.
El refrigerante es el fluido principal del ciclo de refrigeración porque es el único que presenta
cambio de fases
En base a cálculos, las entalpias son fundamentales, debido a que participan en todos los cálculos
del ciclo de refrigeración.
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
INGENIERÍA DE PROCESOS IN319
Laboratorio N°2
Problema de aplicación sobre Refrigeración
El costo de energía eléctrica mensual de una cámara frigorífica que opera 20 horas diarias es de $170, a un
costo unitario de electricidad de $0.08/kWh. Esta cámara hace circular aire frío para la conservación
apropiada de pescado. El aire que fluye es enfriado desde 20°C hasta -5°C, mediante un sistema de
refrigeración por compresión estándar que utiliza refrigerante R-134a entre las presiones de 1.2 MPa y 500
KPa. Asumir que todo el costo eléctrico, es debido al uso del compresor con eficiencia isentrópica de 80%, en
el sistema de refrigeración.
Determine:
Muestre el ciclo de refrigeración, los estados del refrigerante en cada caso mediante los datos
a)
b)
c)
d)
La potencia del compresor, en kW.
Flujo másico de refrigerante que circula en el sistema, en kg/s.
Capacidad de refrigeración en T.R.
Flujo másico de aire que se puede hacer circular en la cámara, en kg/min.
Datos: Cp (aire) = 1.0034 kJ/kg.K
Referencia Bibliográfica
Termodinámica - Capítulo 11
Cengel y Boles – Editorial McGraw Hill
Centro de Información de UPC. Libro digitalizado
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)
lOMoARcPSD|9563280
Downloaded by alvaro quispe fernandez (alvaroqf56@gmail.com)