Informe N 3

Refrigeracin y congelacin de alimentos.

Profesora:Mg. Sc. Indira Betalleluz

Tema : Refrigeracin por Compresin de Vapor

Alumno :

OCHOA PACHAS, KARINAREYNOSO ESPINOZA,NANERPAREDES VERASTEGUI,MARILIA

Ciclo :2014 I

I. INTRODUCCINUn ciclo de compresin mecnica simple consta, esencialmente de un compresor, un condensador, un evaporador, una vlvula de expansin, y las tuberas de unin de todos estos elementos para conseguir un circuito cerrado.La refrigeracin por compresin desplaza la energa trmica entre dos focos; creando zonas de alta y baja presin confinadas en intercambiadores de calor, mientras estos procesos de intercambio de energa se suceden cuando el fluido refrigerante se encuentra en procesos de cambio de estado; de lquido a vapor, y viceversa. El proceso de refrigeracin por compresin se logra evaporando un gas refrigerante en estado lquido a travs de un dispositivo de expansin dentro de un intercambiador de calor, denominado evaporador. Para evaporarse este requiere absorber calor latente de vaporizacin. Al evaporarse el lquido refrigerante cambia su estado a vapor. Durante el cambio de estado el refrigerante en estado de vapor absorbe energa trmica del medio en contacto con el evaporador, bien sea este medio gaseoso o lquido. A esta cantidad de calor contenido en el ambiente se le denomina carga trmica. Luego de este intercambio energtico, un compresor mecnico se encarga de aumentar la presin del vapor para poder condensarlo dentro de otro intercambiador de calor conocido como condensador. En este intercambiador se liberan del sistema frigorfico tanto el calor latente como el sensible, ambos componentes de la carga trmica. Ya que este aumento de presin adems produce un aumento en su temperatura, para lograr el cambio de estado del fluido refrigerante y producir el subenfriamiento del mismo- es necesario enfriarlo al interior del condensador; esto suele hacerse por medio de aire y/o agua conforme el tipo de condensador, definido muchas veces en funcin del refrigerante. De esta manera, el refrigerante ya en estado lquido, puede evaporarse nuevamente a travs de la vlvula de expansin y repetir el ciclo de refrigeracin por compresin El presente trabajo tiene como objetivos: 1. Identificar los elementos de un sistema de refrigeracin por compresin de vapor1. Determinar las presiones de funcionamiento y el ciclo termodinmico desarrollado por el sistema.

MODULO SISTEMA DE REFRIGERACION POR COMPRESION DE VAPORII. MATERIALES Y MTODOS2.1 Materiales y equipos Mdulo de refrigeracin Termmetros digitales Anemmetro Mdulo del termostato Termmetro o termocupla Agua con hielo

Figura 1: Mdulo de refrigeracin

2.2 Mtodos para el mdulo de refrigeracin Se identificaron los elementos del mdulo de refrigeracin y se identificaron los elementos de este mdulo y se complet el cuadro 1.

Figura 2: Esquema del mdulo de refrigeracin

Cuadro 1: Identificacin de los elementos del mdulo de refrigeracinNUMEROELEMENTO

1Compresor hermtico

2Depsito separador del lquido

3Llave o vlvula de paso

4Llave o vlvula de paso

5Filtro secador (Duplex)

6Llave o vlvula de paso

7Llave o vlvula de paso

8Llave o vlvula de paso

9Condensador enfriado con aire

10Condensador enfriado con agua

11Evaporador con agua

12Tubo capilar (expansin capilar)

13Tubo capilar (expansin capilar)

14Evaporador con aire

15Llave o vlvula de paso

16Llave o vlvula de paso

17Visor de lquido

En el cuadro 2 se sealan las caractersticas de los elementos empleados en el mdulo de refrigeracin. En el cuadro 3 se indica el esquema de cierre y abertura de llaves para el funcionamiento de las siguientes disposiciones: Se definieron las presiones en cada uno de los manmetros. En el cuadro 4 se registraron las lecturas de presiones y temperaturas en los manmetros y termmetros y en cuadro 5 se muestran los datos promedio. La temperatura se muestra en el cuadro 6.

III. RESULTADOS Y DISCUSIN3.1 Mdulo de refrigeracinCuadro 2. Caractersticas de los elementos del mdulo de refrigeracinELEMENTOSCARACTERISTICAS

CompresorEl modelo de compresor que se muestra en la Figura 1 es hermtico en el cual tanto el motor como los pistones del compresor se encuentran dentro de la carcasa. El compresor tiene un punto de succin (lnea azul) de refrigerante y un punto de descarga (lnea roja). Al compresor ingresa el refrigerante en estado vapor saturado y es expulsado como vapor sobrecalentado.

EvaporadorTiene un serpentn por donde hace fluir el aire y tambin tiene un termmetro internamente. Por el serpentn pasa el refrigerante y lo que va hacer el refrigerante es absorber el calor del espacio refrigerado para convertirse en vapor.

CondensadorEste es un condensador que enfra con aire donde hay un ventilador que va remover el aire que pasa a travs de la superficie (que es como un serpentn). En la parte interna del serpentn circula el refrigerante y a medida que la superficie externa va siendo cubierta con aire que continuamente es removido, el refrigerante se enfra. El refrigerante sale como liquido saturado.

Vlvula de expansinLuego de que el refrigerante sale condensador que est a una alta presin pero en estado lquido sufre un proceso de expansin (estrangulamiento) y pasa a travs de un dispositivo de expansin, que en este modulo es de tubo capilar. Parecen resortes.

Cuadro 3. Cierre y abertura de llaves para el funcionamiento de las siguientes disposicionesDISPOSICIONESLLAVES ABIERTASLLAVES CERRADAS

Sistema con condensador enfriado por aire y evaporador en aire7 y 168 y 15

Sistema con condensador enfriado por agua y evaporador en agua8 y 157 y 16

Se definieron las presiones indicadas en cada uno de los manmetros:P1: Registra la presin a la salida del condensador.P2: Registra la presin de succin del compresor.P3: Registra la presin de descarga del compresor.P4: Registra la presin a la salida del condensador.

En el Cuadro 4, se registraron las lecturas de presiones y temperaturas en los manmetros y termmetrosCuadro 4. Registro de presiones y temperaturas en los manmetros y termmetrosSITUACINP1 (Kg/cm2)P2 (Kg/cm2)P3 (Kg/cm2)P4 (Kg/cm2)T1 (en el aire de la cmara)

R1R2R1R2R1R2R1R2- 7.8- 7.9-8.0-8.6-8.6-8.6

Termostato en posicin 1 (Cuando el compresor se apaga)8,008,000,100,157,507,757,507,60

8,008,000,100,108,258,257,607,60

Termostato en posicin 2 (Cuando el compresor se prende)5,806,251,751,806,756,756,005,75- 6.2- 6.4- 6.5- 7.0-7.1-7.0

6,255,801,801,856,256,256,005,75

En el Cuadro 5, se registran las presiones obtenidas en KPa. Se tom en cuenta los datos del sistema de refrigeracin cuando estuvo prendido ya que en ese estado, el sistema se encontraba en operacin.Cuadro 5: Presiones promedio registradas en el mdulo de refrigeracinPresionesKg/cm2KpaT del refrigerante 134 (C)

PRENDIDOAPAGADOPRENDIDOAPAGADO

P16.038.00591.36784.5622

P21.800.11176.5310.79- 13

P36.507.94637.46778.6823

P45.887.58576.65743.3721

Las temperaturas correspondientes a las presiones P1, P2 y P4, fueron halladas usando la tabla de Temperatura del refrigerante 134 saturado y para P3 usando la tabla del refrigerante sobrecalentado.

3.2 Graficar en el diagrama de Mollier los procesos del ciclo de compresin

14213Figura 3: Diagrama de Mollier de el ciclo de refrigeracin por compresin de vapor visto en el laboratorio En la prctica se asume esta posicin para poder hallar temperaturas tentativas, ya que en realidad, la compresin no es isentrpica por motivos de friccin en el equipo (Cengel, 2000).En los cuadros 4 y 5 se puede observar que cuando el sistema estaba encendido, las temperaturas para las presiones 2 y 3 fueron -13 y 23 C y se puede notar claramente el principio de la compresin ya que se observa una elevacin de la presin. El proceso de compresin succiona refrigerante que sale del evaporador a la temperatura de refrigeracin, para que luego de la compresin la temperatura sea mucho mayor. Segn Stoecker (1970), el elemento de trabajo ms pesado de la industria de refrigeracin es el compresor alternativo, el cual se fabrica en tamaos que van desde una fraccin a varios cientos de caballos de vapor. Al salir el eje fuera de la carcasa del compresor, hay que prever un cierre hermtico para evitar las fugas de gas refrigerante, o la entrada del aire en la carcasa si sta se encuentra a presin inferior a la atmosfrica. En la prctica se utiliz un compresor tipo alternativo y hermtico.De punto 3 al 4 el lquido refrigerante pasa por un proceso de condensacin. Segn (Lopez, 1993) el condensador es una superficie de transferencia de calor, dejando pasar el calor del vapor refrigerante para su condensacin, y lo enfra hasta su saturacin y luego lo condensa hasta estado lquido, adems el medio condensante empleado puede ser agua, aire o una interaccin de ambos, siendo la misin del condensador la de licuar los vapores de refrigerante, a alta presin procedentes del compresor. Este fenmeno de condensacin se realiza poniendo en contacto el vapor con un fluido ms fro, aire o agua, a travs de una superficie metlica y siguiendo el principio general de la transmisin de calor. Tambin se observa un del punto 4 al punto 1 se observa un proceso de sub enfriamiento. Y del punto 4 al 1 hay un proceso de expansin. Segn (Stoecker,1970) el fin del dispositivo de expansin es doble: debe reducir la presin del lquido refrigerante, y debe regular el paso de refrigerante al evaporador, es por esto que consideramos a este elemento como indispensable en el ciclo de refrigeracin por compresin de vapor, despus del compresor

3.3 Calcular el calor ganado en el condensador y el calor eliminado en el evaporador por unidad de masa refrigerante Cuadro 6. Determinacin de temperaturas, entalpias y entropasPman. (KPa)P abs. (MPa)Temperatura Terica (C)Entalpia (kJ/kg)

1591.360.5913620.9978.66

2176.530.17653-13.27239.38

3637.460.6374623.5260.18

4576.650.5766520.2177.57

Q condensador = h3 h4 = 182.61KJ/Kg Q evaporador = h2 h1 = 160.72KJ/Kg

En el cuadro 6 se calcularon las temperaturas tericas que figuran en Tabla, a las presiones registradas usando los manmetros, se observa que estas temperaturas tericas no difieren mucho de las temperaturas registradas, con esos datos , se realizo la grafica P-H con mayor precisin, se concluye que el refrigerante sali del evaporador saturado, ligeramente sobrecalentado con 0.27 C de sobrecalentamiento; as mismo se observa que el compresor eleva la presin y la temperatura, pero no sobrecalienta al refrigerante terminar con 0.5C por debajo de la T de saturacin a la presin de alta. Se observa adems que a la salida del condensador punto 4, la T del refrigerante es ligeramente mayor a la T de liquido saturado, por lo tanto todava se encuentra en la zona de mezcla pero muy cerca al limite, al hacer el recorrido por las tuberas hasta llegar al punto 1 se observa que la temperatura aumenta en 1C y la presin aumenta ligeramente , a esta presin nueva el refrigerante se encuentra en la zona de liquido saturado, y en ese estado entra al expensar. Se observa claramente que en un ciclo real de compresin las presiones no siempre se mantienen y el refrigerante no siempre llega al estado esperado.Respecto al calor intercambiado en el condensador este fue de 182.61KJ/Kg mayor que en el evaporador con 160.72KJ/Kg, para calcular este ltimo se asume que la entalpia en el punto 1 es igual a la entalpia 1 , asumiendo que el proceso de expansin es adiabtico e isotrpico.

IV. CUESTIONARIO 1. En qu se diferencia el ciclo ideal de refrigeracin por compresin de vapor con el ciclo real?Principalmente estos ciclos se diferencian en las irreversibilidades que ocurren en los componentes del ciclo real, las cuales son producidas por la friccin y los intercambios de calor hacia y desde los alrededores.En el ciclo ideal el refrigerante sale del evaporador y entra al compresor como vapor saturado, pero en el ciclo real el estado del refrigerante no se puede controlar tanto. Por esta razn, el sistema tiene que estar diseado para que el refrigerante salga del evaporador como sobrecalentado asegurando que se evapore por completo. La lnea que conecta al evaporador con el compresor suele ser muy larga, lo cual ocasiona una cada de presin por la friccin y una ganancia de calor desde los alrededores.El proceso de compresin en el ciclo ideal es internamente reversible y adiabtico y por lo tanto es isentrpico. En cambio, el proceso real incluye efectos de friccin (incrementan la entropa) y la transferencia de calor. En el proceso de condensacin, en el ciclo ideal, el refrigerante sale como lquido saturado a la presin de salida del compresor.

2. Cules son las propiedades termofsicas del refrigerante identificado en el laboratorio?El refrigerante con que se trabaj en el laboratorio fue R-134a. Sus propiedades termofsicas se mencionan a continuacin.

Cuadro7: Propiedades termofsicas de R-134a

Estructura qumica

Peso molecular102.03 g/mol

Densidad0.00425 g/cm

Punto de congelacin-103.3C (169.85 K)

Punto de ebullicin-26.08C (247.07 K)

Solubilidad en agua (1 bar y 25 C)0.21 vol/vol

Calor latente de vaporizacin (1 bar)215.9 kJ/kg

Calor especfico (1.013 bar and 25 C)0.087 kJ/(mol.K)

3. Cul es el principio de funcionamiento del termostato?

Los termostatos son controles actuados por temperatura y sirven para el control del nivel de la temperatura de un espacio o producto refrigerado haciendo ciclar al compresor (arranque y parada).El principio de funcionamiento consta del efecto que causa los cambios de temperatura en el material del que est hecho el termostato, estos efectos harn que el material ayude a cerrar el contacto elctrico para que funcione el compresor hasta que se llegue a una temperatura lo suficientemente baja como para que se produzca el efecto contrario y se pueda abrir el contacto nuevamente.

Tubo o bulbo: El tubo o el bulbo se encuentra lleno con un fluido y est conectado a fuelles o diafragmas. Al aumentar la temperatura del tubo o bulbo se aumenta la presin del fluido en el interior el cual se acta a travs de los fuelles o diafragmas y un sistema de palancas cierra el contacto elctrico.Barra combinada: Esta barra est construida de dos metales con diferentes coeficientes de expansin (elemento bimetal). Al expandirse uno y el otro no, se crea una deformacin en la barra que puede ser usada directa o indirectamente para cerrar y abrir el contacto.

4. Cul es la funcin de la vlvula solenoide?La funcin de esta vlvula es evitar que se cargue el evaporador de refrigerante durante el tiempo de parada y suba la presin de baja a consecuencia del aumento de la temperatura que, naturalmente ocurre en una parada demasiado larga. Este aumento de presin causara dificultades al compresor cuando se pone ste en marcha, as como tambin podra producir fugas. Tambin es conocida como vlvula de agua elctrica y esta sirve para dar paso al agua en el condensador cuando comienza a funcionar el compresor gracias a un control de presin en el compresor.5. Mencione las caractersticas ms resaltantes del refrigerante del mdulo de refrigeracin y su nombre qumico.El R134a tiene por nombre qumico Tetrafluoroethane-1,1,1,2, y su frmula es H2FC-CF3 . Es un refrigerante no clorado (HFCs) con un ODP (Potencial Destructor del Ozono) de cero y con unos niveles de toxicidad muy bajos y similares a los R12. Las propiedades termodinmicas del R134 son semejantes a las del R12, siendo esta la razn por la que se considera el sustituto del R12. Las diferencias ms importantes aparecen en las aplicaciones en baja temperatura debido a que el R134a posee una tasa de compresin mas elevada, disminuyendo rpidamente el coeficiente de eficiencia a medida que desciende la temperatura de evaporacin y aumenta la de condensacin.Este fluido tiene una temperatura de saturacin de 26,08 C a la presin atmosfrica standard (1,013 bar). Por esta razn puede almacenarse como lquido a temperatura ambiente si se le tiene a presin en cilindros de placa de acero gruesa. A 24C tiene una presin de 6,4566 bar.

MODULO DEL TERMOSTATOI. OBJETIVOS Comprender el funcionamiento de los controles actuados por temperatura (termostatos). Determinar el diferencial del termostato.

II. MATERIALES Y MTODOS

2.1 Mtodos para el mdulo del termostato Identificar las partes constituyentes de un termostato mostrado en el mdulo. Ajustar el diferencial y anotar la temperatura de prendido y apagado del foco. Repetir el paso (b) para 2 ajustes de diferencial

III. RESULTADOS Y DISCUSIONES3.1 Mdulo de termostatoA continuacin se muestra un esquema en el que se sealan las partes de un termostato y posteriormente se explica su funcionamiento.

Figura 4: Partes del termostato con bulbo

Los termostatos son controles actuados por temperatura y sirven para el control del nivel de la temperatura de un espacio o producto refrigerado haciendo ciclar al compresor (arranque y parada).El principio de funcionamiento consta del efecto que causa los cambios de temperatura en el material del que est hecho el termostato, estos efectos harn que el material ayude a cerrar el contacto elctrico para que funcione el compresor hasta que se llegue a una temperatura lo suficientemente baja como para que se produzca el efecto contrario y se pueda abrir el contacto nuevamente. (Kalipedia, 2010)3.2 Calculo del diferencial del termostato :R1R2PromedioDiferencial

T prendido28.331.529.929.35

T apagado0.40.70.55

IV. CONCLUSIONES

Los principales elementos de un sistema de refrigeracin por compresin de vapor son: compresor, evaporador, vlvula de expansin y condensador. Se pudo comprobar que en las tuberas hay siempre una perdida de presin debido a la viscosidad del fluido y la friccin del refrigerante con el material de la tubera. El termostato tuvo un diferencial de 29.35C. Pese a las diferencias por cadas de presin, puede verificar el trabajo del compresor. Los termostatos permiten mantener la temperatura que se desea en la cmara de refrigeracin. La cantidad de calor cedida por el condensador fue de 182.61KJ/Kg La cantidad de calor ganada en el evaporador fue de 160.72KJ/Kg

V. BIBLIOGRAFA

CENGEL, Y y BOLES, M. 2000. Termodinmica: Tomo II. Editorial McGraw-Hill Interamerican a editores S.S. de C.V. Mxico D.F. Continental S.A. Mxico. LPEZ, A. 1994. Las instalaciones frigorficas en las industrias agroalimentarias. Madrid Vicente Ediciones. Espaa. STOECKER, W. 1970. Refrigeracin y Acondicionamiento de Aire. Mc Graw Hill. Mxico. KALIPEDIA. 2010. Santillana ediciones. Disponible en: http://www.kalipedia.com/fisica-quimica/tema/graficos-partes-termostato.html?x1=20070924klpcnafyq_99.s . Consultada el 27 de mayo del 2014. SERVICIO NACIONAL DE METEOROLOGA E HIDROLOGA (SENAMHI). Boletn meteorolgico. En lnea (Disponible en: http://www.senamhi.gob.pe/site/lvera/Boletin%20abril_julio%202013%20La%20Molina.pdf)