TAREA - Termodinámica

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Tarea de termodinmica proyecto

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  • Ciclo de refrigeracin.

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    Introduccin

    Un ciclo de refrigeracin inicia con un fluido de trabajo el cual es comprimido hasta alcanzar un nivel superior de temperatura dado, posteriormente el fluido se enfra al ceder energa calorfica a un reservorio de alta temperatura, generalmente el ambiente, por lo cual se condensa, luego experimenta una expansin durante la cual arriba a la zona de dos fases, por ltimo el fluido de trabajo se evapora, con lo cual retira calor de un reservorio de baja temperatura y completa la funcin del refrigerante. En la refrigeracin, la obtencin de fro depende del trabajo que se suministra al sistema y por lo tanto implica un consumo de energa y esta a su vez representa costos. El estudio energtico y exergtico, permite analizar la disponibilidad de la energa y las irreversibilidades del sistema en cada proceso. Con lo anterior, se pueden localizar los procesos en donde existe mayor destruccin de exerga y en qu grado, y de la misma manera si algn elemento del sistema necesita mantenimiento o reemplazo.

  • Ciclo de refrigeracin.

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    Resumen

    En el presente trabajo se presenta la teora bsica sobre el tema de refrigeracin por compresin de vapor, los procesos y etapas del ciclo como lo son la Compresin isentrpica en un compresor, rechazo de calor a presin constante en un condensador, estrangulamiento en un dispositivo de expansin, en este caso una vlvula de expansin, absorcin de calor a presin constante en un evaporador. Los elementos que integran el equipo de refrigeracin, antes ya mencionados, son presentados en un esquema general para dar ms detalle de su acoplamiento. Se realiza un anlisis exergtico y energtico en ciclos de refrigeracin por compresin de vapor usando el refrigerante Fren-12, se consideran las cadas de presin en el evaporador y condensador y se cuantifican las irreversibilidades del sistema de refrigeracin por compresin de vapor, tanto para el ciclo real como para el ciclo ideal. Luego se analizan los datos del procedimiento, los cuales se muestran en tablas para una mejor comprensin y se hacen las conclusiones respectivas.

  • Ciclo de refrigeracin.

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    Objetivo

    Usando el refrigerante Fren-12 (R12), aplicar el anlisis termodinmico exergtico y energtico

    a un ciclo de refrigeracin real y a uno ideal para encontrar las irreversibilidades en cada proceso

  • Ciclo de refrigeracin.

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    Desarrollo

    1 Definicin del problema e hiptesis

    1.1- Teora bsica

    Fig. 1 -Ciclo ideal de refrigeracin Fig. 2 - Ciclo real de refrigeracin

    El ciclo de refrigeracin por compresin de vapor es el que ms se utiliza en refrigeradores,

    sistemas de acondicionamiento de aire y bombas de calor, este se compone de cuatro

    componentes bsico:

    1-2 Compresin isentrpica en un compresor

    2-3 Rechazo de calor a presin constante en un condensador

    3-4 Estrangulamiento en un dispositivo de expansin

    4-1 Absorcin de calor a presin constante en un evaporador

    Proceso 1-2

    El refrigerante entra al compresor como vapor saturado y se comprime isentrpicamente hasta

    alcanzar la temperatura del condensador, la temperatura del refrigerante aumenta mediante este

    proceso hasta una temperatura muy encima de la temperatura ambiente.

    Proceso 2-3

  • Ciclo de refrigeracin.

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    El refrigerante entra al condensador como vapor sobrecalentado y sale como liquido saturado,

    como resultado el refrigerante rechaza calor al ambiente pero su temperatura aun se mantiene

    por encima de la temperatura ambiente, este proceso se da a presin constante.

    Proceso 3-4

    El refrigerante como liquido saturado se estrangula hasta la temperatura del evaporador al pasarlo

    por la vlvula de expansin, aqu la temperatura desciende por debajo de la temperatura

    ambiente

    Proceso 4-1

    El refrigerante entra al evaporador como vapor hmedo de baja calidad y se evapora por

    completo, absorbiendo calor del espacio refrigerado, sale del compresor como vapor saturado y

    vuelve a entrar al compresor, de manera que el ciclo se repite nuevamente.

    Fig.3 diagrama presin entalpia para el proceso ideal

    1.2 - Definicin del problema

    1.2.1 Planteamiento del problema

    Se sabe que un ciclo ideal difiere de uno real debido a las irreversibilidades presentes en este

    ltimo, por tanto se espera que al comparar los procesos ideales y reales estos valores sern

    distintos.

  • Ciclo de refrigeracin.

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    1.2.2 Hiptesis

    Los valores de las irreversibilidades en el ciclo ideal sern menores que en el ciclo real

    1.2.3- Precisin requerida

    Las presiones utilizadas se leern hasta los enteros (en las conversiones a pascales se usan

    decimales) y las temperaturas hasta las cifras decimales. Se considera que los instrumentos

    utilizados no arrogan lecturas confiables debido a su larga vida de uso y al mantenimiento que se

    les ha dado, por tanto es posible esperar datos muy alejados del ciclo ideal.

    1.2.4- Aproximaciones por introducir

    Suposiciones:

    No se tienen cadas de presin en el evaporador y en el condensador (cambio de fase a

    temperatura constante).

    En el compresor, no se tiene intercambio de calor, entre el refrigerante y el medio

    ambiente (adiabtico).

    En la vlvula de expansin, no se tiene intercambio de calor, debido a que la superficie

    expuesta al ambiente es muy pequea (adiabtico).

    2 - Procedimiento Experimental

    2.1- Equipo

    El equipo a utilizar son los componentes del ciclo ideal de refrigeracin, un compresor, una vlvula

    de estrangulamiento, un condensador, un evaporador, una serie de manmetros y un termmetro

    digital.

    2.2- Acoplamiento El sistema fue montado sobre un mueble de madera diseado especialmente durante un trabajo

    de graduacin (de aproximadamente 25 aos) para ejemplificar el ciclo de refrigeracin, el

  • Ciclo de refrigeracin.

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    sistema mismo posee acoplado una serie de manmetros en la entrada y salida de cada

    dispositivo.

    2.3 -Pasos del procedimiento experimental

    1-Verificar las conexiones entre dispositivos

    2-Verificar las conexiones elctricas del sistema

    3- Asignacin de los puntos de verificacin de datos en el sistema.

    4- Mediciones de verificacin en cada manmetro del sistema.

    5-Encender el equipo

    6-Realizar mediciones de temperatura y presin en la entrada y salida de cada dispositivo, los

    datos son registrados en la tabla 1

    Tabla 1. Datos experimentales

    PUNTO T (C) P (Kpa)

    1

    2

    3

    4

    5

    6

    7-Con los datos obtenidos encontrar la entropa especifica (1) en tablas del refrigerante R-12

    (CCL2F2) y su respetiva entalpa especifica (h) para la entrada de cada dispositivo, con la presin en

    la salida y 2= 1 encontrar 2.

    8-Aplicar la primera ley de la Termodinmica para cada dispositivo tanto isentrpicamente, como

    con los datos reales.

    9-Encontrar el coeficiente de operacin (COP) y la eficiencia del compresor.

    10- Comparar, analizar y sacar conclusiones de los resultados entre los ciclos ideal y real.

  • Ciclo de refrigeracin.

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    2.4 -Esquema Fig.4- Esquema general del sistema de refrigeracin usado

    3- Resultados

    3.1 -Tabla de datos y resultados

    Tabla.2 MEDICIONES EN EL LABORATORIO (ya ajustadas)

    PUNTO T (C) P (Kpa)

    1 28.5 177

    2 60 749

    3 47.5 722

    4 28 709

    5 ---- 294

    6 24.3 211

    Tabla.3 RESUMEN DE DATOS PARA CADA PUNTO DEL PROCESO IDEAL

    PUNTO T (C) P (Kpa) P (bares) h (KJ/Kg) Isentrpica s (KJ/Kg.K)

    s (KJ/Kg.K)

    1 28.5 177 1.77 207.99 0.8039

    2 60 749 7.49 239.49 238.81 0.8080

    3 47.5 722 7.22 212.78 0.7294

    4 28 709 7.09 62.74 0.2335

    5 -1.52 294 2.94 62.74 0.2403

    6 24.3 211 2.11 204.83 0.7818

    *Ver apndice

  • Ciclo de refrigeracin.

    9

    Eficiencia del compresor:

    =

    =

    h2sh1

    21=

    238.81207.99

    239.49207.99= 0.978

    Coeficiente de operacin del sistema:

    =

    =

    65

    21=

    204.8362.74

    239.49207.99= 4.51

    = 6 5 = 204.83 62.74 = 142.09 KJ/Kg

    = 3 4 = 212.78 62.74 = 150.04 KJ/Kg

    = =125(7)

    1000= 0.875

    =

    1 2=

    1 2=

    0.875

    100(207.99 239.49)= 0.0278 /

    Irreversibilidades:

    Compresor:

    wrev = 2 1 1(2 1) = 0.0278 239.49 207.99 28.5(0.8080 0.8039)

    wrev = 0.8789 Kw

    I = wrev + = 0.875 + 0.8789 = 0.0039

    Condensador:

    = = 0.0278 150.04 = 4.17

    I = 3 4 +

    0= 0.0278 0.7294 0.2335 +

    4.17

    300= 0.028

  • Ciclo de refrigeracin.

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    Vlvula:

    =