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SISTEMA FRIO Refrigeradora Doméstica
ESTUDIANTE:
SIGÜENZA DÁVALOS, Gerson
Andrés
CURSO:
Refrigeración, Calefacción y Aire
Acondicionado
DOCENTE:
ING. ELÍ GUAYAN HUACCHA
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERIA
ESCUELA ACADEMICO PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA
2015
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SISTEMA DE FRIO: REFRIGERADORA DOMESTICA
I. FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA:
1. Principio de Funcionamiento:
El funcionamiento de las neveras y congeladores se basa en la refrigeración del aire
que contiene en su interior. Esta se realiza mediante una secuencia de cambios de
estado de un líquido refrigerante que circula a través de un circuito en el que se le
va forzando alternativamente a comprimirse y expandirse, produciendo y
consumiendo, alternativamente calor. La refrigeración no consiste, pues, en inyectar
frío en el refrigerador sino en la extracción del calor existente en el mismo.
El ciclo de compresión mecánica de vapor es el utilizado en la mayoría de las
neveras y congeladores domésticos. Se trata de un ciclo térmico cerrado en el cual
el refrigerante cambia periódicamente de estado generando y consumiendo
alternativamente calor.
El ciclo de compresión se compone de una fase de compresión y otra de expansión
que al alternarse hacen que la cámara frigorífica transfiera al exterior el calor y por
lo tanto se enfríe. Es decir el calor necesario para que se produzca la evaporación
se va extrayendo, ciclo a ciclo del interior de la nevera. Además modificando la
presión que se ejerza sobre el líquido conseguiremos cambiar la temperatura a la
que se produzca la evaporación y en base a este principio se puede regular la
temperatura del interior del refrigerador. Estas variaciones de presión influyen
notablemente en los cambios de estado del líquido, de forma que al bajar la presión
favorecemos la evaporación (al comprimir le estamos añadiendo calor) y al
aumentarla favorecemos la condensación.
En el evaporador
El refrigerante en estado líquido se hace llegar al evaporador mediante una válvula
que produce una estrangulación en el fluido. Esta estrangulación hace que la presión
descienda y como vimos al bajar la presión la temperatura de ebullición baja con ella
por lo que el refrigerante hierve y se evapora absorbiendo el calor por lo que el
líquido se convierte en vapor. De esta manera baja la temperatura de la cámara
frigorífica al consumirse en el proceso de evaporación del refrigerante parte de su
calor.
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En el compresor
El compresor aumenta la presión del gas disminuyendo su volumen y produciendo
la aspiración del refrigerante por el circuito. El gas sobrecalentado sale del
evaporador por el compresor que lo comprime con el consiguiente aumento de
presión y temperatura (fase de compresión). De esta forma se consigue que el
líquido refrigerante se condense a una temperatura mayor. El vapor se denomina
sobrecalentado porque es portador de la suma del calor absorbido en el evaporador
y el obtenido del compresor.
En el condensador
El condensador es un intercambiador de calor cuya función es extraer del
refrigerante el calor para que este vuelva de nuevo a estado líquido (condensación).
El líquido evaporado, convertido en vapor y por lo tanto portador del calor sale
rápidamente del compresor y es aspirado por los tubos y bobinas del circuito de
refrigeración. El vapor sobrecalentado e inicialmente con alta presión viaja así hacia
la otra parte del circuito en dónde se encuentra un condensador. A la salida del
compresor el vapor es sometido a una pérdida brusca de presión (fase de
expansión) que provoca un rápido enfriamiento. Por otra parte, durante el avance
por el circuito el vapor se va enfriando (refrigeración pasiva) por la temperatura
ambiente y a su llegada al condensador, que es un intercambiador en forma de
serpentín, ya ha bajado su temperatura y se va licuando de nuevo. A medida que el
refrigerante va saliendo del condensador es forzado mediante una válvula de nuevo
al evaporador y al compresor. De esta manera se completa y continúa el ciclo de
compresión.
Figura 01. Proceso de Refrigeración
LEYENDA
1. Compresor
2. Condensador
3. Evaporador
4. Tubo de retorno
5. Tubo capilar
6. Filtro secador
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2. Equipos, Elementos y accesorios.
El refrigerador fue inventado por Jacob Perkins en 1830 y ha sufrido muchos
cambios desde entonces, tales como la adopción de freón en la década de 1930 y
su posterior declive en la década de 1990. Sin embargo las partes funcionales
principales de cualquier refrigerador no han cambiado de manera significativa y son,
básicamente, las mismas en cualquier unidad.
2.1. Refrigerante.
Como parte esencial de cualquier refrigerador, el refrigerante comienza como
un gas, cambia a líquido y se convierte en gas de nuevo a medida que fluye a
través de todas las partes internas del refrigerador. En los primeros días del
refrigerador se utilizaban gases altamente tóxicos como el amoniaco como
refrigerante hasta la llegada del freón en la década de 1930. El freón era el
principal refrigerante usado en los Estados Unidos hasta que los científicos
descubrieron que el uso generalizado de esta sustancia química daña la capa
de ozono. Hoy en día la mayoría de los refrigeradores utilizan un compuesto
refrigerante conocido como HFC-134a.
2.2. Compresor.
Todo sistema mecánico está provisto de un elemento principal que hace que
el líquido o fluido circule en todo el sistema para lograr que se produzca el
efecto esperado. En este caso los sistemas de refrigeración tienen un
elemento principal que se llama compresor, que tiene la función de succionar
y comprimir el refrigerante, que circula en todo el sistema, el compresor se
encuentra en el extremo posterior inferior del refrigerador. Impulsado por un
motor eléctrico.
Figura 02. Compresor
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2.3. Condensador.
Situado en la parte posterior del refrigerador, el condensador es reconocible
por sus grandes bobinas serpenteantes de cobre. El vapor refrigerante
caliente entra en el condensador donde se enfría por el aire de la atmósfera
en la sala. En este punto, el refrigerante se licua.
Figura 03. Condensador
2.4. Válvula de Expansión.
La válvula de expansión, a veces referida como tubo capilar en refrigeradores
domésticos, es un conjunto de tubos delgados de cobre parecidos al
condensador. El refrigerante líquido recorre estos tubos a medida que
disminuye lentamente su temperatura y presión. La disminución de la presión
hace que aproximadamente la mitad de líquido refrigerante se evapore. Este
proceso permite que el refrigerante absorba calor, disminuyendo así la
temperatura interna del refrigerador.
Figura 04. Tubo Capilar
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2.5. Evaporador.
El evaporador está hecho de tubos de cobre y aluminio. Aquí, el refrigerante
líquido restante absorbe calor hasta que se evapora y de transforma en gas
nuevamente. El compresor aspira el vapor fuera del evaporador y el ciclo de
refrigeración se repite.
Figura 05. Evaporador
2.6. Filtro deshidratador
Sirve para que el sistema de refrigeración de cualquier cosa este libre
humedad en su interior. En su interior contienen silica que sirve para retener
la humedad.
Figura 06. Filtros
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II. ESQUEMA Y PLANOS DE REPRESENTACIÓN
.
Figura 07. Ubicación de los elementos del sistema de refrigeración
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III. ANÁLISIS ENERGÉTICO: CICLO TERMODINÁMICO.
3.1. Datos de Entrada:
Refrigerante : R-134ª
Masa del refrigerante : 103 g
Presión mínima : 86.3 kPa
Presión máxima : 900 kPa
3.2. Cálculo de Parámetros:
Para hacer el análisis utilizaremos el diagrama T-s:
Figura 08. Diagrama T – s del ciclo de refrigeración por compresión de vapor
a. Estado 1:
De las tablas termodinámicas para el R-134a a una presión de 86.3 kPa,
obtenemos por interpolación, el valor de la temperatura, entalpia y entropía:
𝑇1 = −20.70 °𝐶
ℎ1 = 229.32 𝐾𝐽𝐾𝑔⁄
𝑠1 = 0.9430 𝐾𝐽𝐾𝑔⁄
b. Estado 2:
Al ser un proceso isoentrópico: 𝑠2 = 𝑠1 = 0.9430 𝐾𝐽𝐾𝑔⁄
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Con una presión máxima de 900 kPA nos vamos a las tablas de vapor
sobrecalentado para el R-134a y mediante interpolación obtenemos:
𝑇2 = 46.1 °𝐶
ℎ2 = 278.02 𝐾𝐽
𝐾𝑔⁄
c. Estado 3
Para líquido saturado a una presión de 900 kPa, el valor de la entalpía es:
ℎ3 = 12.27 𝐾𝐽
𝐾𝑔⁄
d. Estado 4
Al ser un proceso isoentálpico se tienes que:
ℎ4 = ℎ3 = 12.27 𝐾𝐽𝐾𝑔⁄
3.3. Determinación del Coeficiente de Operación (COP):
𝐶𝑂𝑃 =ℎ1 − ℎ4
ℎ2 − ℎ1
𝐶𝑂𝑃 =229.32 − 12.27
278.02 − 229.32
𝐶𝑂𝑃 = 4.46
3.4. Calor Evaporado:
𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 𝑚(ℎ1 − ℎ4)
𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 0.103(229.32 − 12.27)
𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝 = 22.36 𝐾𝐽
3.5. Calor Condensado:
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 = 𝑚(ℎ3 − ℎ2)
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 = 0.103(12.27 − 278.02)
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 = −27.37 𝐾𝐽
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3.6. Trabajo del compresor:
𝑊𝑐 = 𝑚(ℎ2 − ℎ1)
𝑊𝑐 = 0.103(278.02 − 229.32)
𝑊𝑐 = 5.01 𝐾𝐽
IV. CONCLUSIONES:
Hemos obtenido un elevado coeficiente de operación, que nos indica que nuestra
refrigeradora está trabajando adecuadamente.
El análisis de una refrigeradora doméstica no es complejo, basta con medir las
temperaturas o presiones máxima y mínima para determinar todos los valores que
requiramos saber del sistema.
V. REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS:
a. Stoecker. Refrigeración y Acondicionamiento de Aire. Editorial Mc Graw-Hill, 1970.
b. Kenneth Wark- Donald E. Richards. Termodinámica. Editorial Mc Graw-Hill. 6ta
Edición. 2001. México.
c. http://www.neveras.com.es/p/refrigeracion-principio-de.html
d. http://www.ehowenespanol.com/cuales-son-partes-principales-refrigerador-
lista_316943
e. http://salcidogomez.blogspot.com/2011/04/diagrama-electrico-de-un-
refrigerador_16.html