Reporte de práctica 07 PTYE

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO

FACULTAD DE INGENIERÍA

DIVISIÓN DE CIENCIAS BÁSICAS

ASIGNATURA:

“LABORATORIO DE PRINCIPIOS DE TERMODINÁMICA Y ELECTROMAGNETISMO”

PRÁCTICA NÚMERO 07: “CICLO DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE UN

VAPOR”

PROFESORA: ING. MARÍA ELIZABETH ESQUIVEL RODRÍGUEZ.

BRIGADA: 004.

INTEGRANTES:

a) CARBALLO GONZÁLEZ LUIS GERARDO. b) NARVAEZ JUÁREZ ISRAEL. c) PÉREZ RODRÍGUEZ BERNARDO.

GRUPO: 0008.

Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo

Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 32

Práctica número 7

Ciclo de refrigeración por la compresión de un vapor

Objetivos

a) Identificar las partes que componen el ciclo básico de refrigeración por compresión de un vapor.

b) Identificar y cuantificar los flujos energéticos en los procesos que forman el ciclo mencionado en el punto anterior.

c) Determinar el coeficiente de operación de una bomba de calor funcionando como refrigerador.

d) Comprender, a partir del análisis de un ciclo de refrigeración, algunas limitantes físicas que establece la segunda ley de la termodinámica.

e) Analizar el funcionamiento de un ciclo termodinámico con un proceso irreversible, y representarlo en el diagrama (v,P) con ayuda de la curva conocida como campana de saturación.

Conceptos antecedentes necesarios

• Depósito térmico.

• Máquina térmica y bomba de calor.

• Eficiencia y coeficiente de operación.

• Procesos reversibles e irreversibles.

• Enunciados clásicos de la segunda ley de la termodinámica.

Equipo y materiales necesarios

2 termómetros de inmersión 1 bomba de calor PT (refrigerador)

8 [l] de agua 1 cronómetro 1 agitador de plástico

Actividad 1

En el siguiente diagrama, identifique con sus nombres, las partes básicas que componen un ciclo de refrigeración por compresión de vapor. Señale también los flujos energéticos asociados tanto en forma de calor como en forma de trabajo para cada proceso. Observe que cada proceso se realiza en un dispositivo en el cual el refrigerante tiene una entrada y una salida al menos.



Figura 1. Diagrama del ciclo de refrigeración por la compresión de un vapor.

Actividad 2

Dibuje una representación física de la bomba de calor PT que se le proporcionó, indicando las partes básicas del ciclo de acuerdo con la actividad anterior. Identifique la sustancia activa (refrigerante) que emplea el equipo.

sustancia activa: R134a



Actividad 3

En la siguiente figura, que representa una gráfica de la presión absoluta (P) en función del volumen específico (v) para una sustancia, dibuje cómo se

representarían los procesos asociados al ciclo de la actividad anterior. No olvide indicar los cuatro estados clave, el último de cada proceso, (del 1 al 4) que se muestran en la figura de la actividad 1.

Figura 2. Curva de saturación para la sustancia de trabajo.

Actividad 4

Establezca las características estáticas de los instrumentos de medición instalados en la bomba de calor PT. Observe con detenimiento las dos escalas que presenta el instrumento y no olvide anotar las unidades correspondientes.

¿De qué instrumento se trata?



Medidor de carátula de la izquierda (color azul)

Rango -60[°C] – 40[°C] -1[bar] – 10[bar] Resolución 1[°C] 0.2[bar] Legibilidad No es buena Buena

Medidor de carátula de la derecha (color rojo)

Rango -60[°C] – 90[°C] -1[bar] – 30 [bar]

Resolución 1[°C] 1[bar]

Legibilidad No es buena No es buena

Actividad 5

En cada recipiente de la unidad proporcionada coloque 4 litros de agua. Mida la temperatura de cada cantidad, ésta será su temperatura inicial.

i) En el evaporador: Tinicial = 28 [°C] = 301.15 [K]

ii) En el condensador: Tinicial = 14[°C] = 287.15 [K]

Actividad 6

Ponga a funcionar la unidad durante 10 minutos. Mida las temperaturas finales del agua en los dos recipientes de plástico, no olvide homogeneizar las propiedades del agua con el agitador antes de tomar las lecturas. Por otra parte, mida las presiones (alta y baja) del refrigerante, así como las temperaturas de saturación correspondientes, con ayuda de los medidores instalados en el refrigerador. Con base en los resultados obtenidos, cuantifique los flujos energéticos asociados al evaporador y al condensador. Considere para el agua en su fase líquida cp. = 4 186

[J/(kg⋅∆K)].

- Para el agua como sistema: i) En el evaporador: Tfinal = 14

[°C] = 287.15 [K]

ii) En el condensador: Tfinal = 34 [°C] = 307.15 [K]

Qevaporador = -234416 [J]

Qcondensador = 334880 [J]



- Para el refrigerante como sistema:

i) Pbaja = 2.4 [bar] = 2.4x105 [Pa]; Tsat = 4[°C]

ii) Palta = 8 [bar] = 8x105 [Pa] ; Tsat = 35[°C]



Qevaporador = XXXXXXXXXXXX [ ]

Qcondensador = XXXXXXXXXXXX [ ]

Actividad 7

De acuerdo con la primera ley de la termodinámica para un ciclo, determine el trabajo y la potencia en el compresor.

Wcompresor = -100464 [J]

W& compresor = -167.44 [��]

Actividad 8

Determine el coeficiente de operación de la unidad. No olvide anotar sus unidades.

coeficiente de operación (como refrigerador) = β = � �� = �. ��[�]



Cuestionario 1. Investigue las propiedades físicas y químicas principales de la sustancia de trabajo

(refrigerante) del dispositivo. Nombre: Tetrafluoroetano (R134a) Peso Molecular: 102.03 [g/mol] Punto de fusión (sólido)(1 atm): -101 [°C] Densidad del líquido (1 atm)(25 °C): 1206 [kg/ ��] Punto de ebullición (líquido)(1 atm): -26.6 [°C] Calor latente de vaporización (1 atm): 215.9 [kJ/kg ] Densidad del gas: (1 atm) 4.25 [kg/ ��] Volumen específico (Gas)(1 atm)(15 °C): 0.235 [ ��/��] Capacidad calorífica a presión constante (Cp)(Gas)( 1 atm)(25 °C): 0.087 [kJ/mol Composición química: �� − �� 2. ¿En qué condición física la presión del sistema (el refrigerante) determina el valor de

su temperatura? El refrigerante determina el valor de su temperatu ra en las condiciones físicas del proceso 3-4 (proceso de expansión) con fase líquida en el medidor de caratula de presión y temperatura alta (roja); y mezcla líquido -gas en el medidor de caratula de presión y temperatura baja (azul). 3. ¿Por qué razón en el dispositivo, las escalas de presión y temperatura de los

medidores no se presentan en forma independiente?

Ya que en éste caso el refrigerante se comporta de tal manera que su temperatura es proporcional a su presión, por lo que el aumento o disminución de una de éstas propiedades es proporcional al aumento o disminució n de la otra. El tetrafluoroetano tienen ciertas propiedades físi cas y químicas que lo condicionan a mantener una proporcionalidad entre su temperatura y presión que ayudan a marcar una escala cuantitativa en sus medidores de caratula. 4. Elabore una gráfica como la de la actividad 3, indicando, en un rectángulo, el mayor

número de propiedades que determinó en esta práctica para cada uno de los cuatro estados principales del ciclo de refrigeración.

VER ANEXO 1 5. Identifique los depósitos térmicos asociados al ciclo en la unidad empleada.

El compresor y el evaporador



6. Haga un esquema de un refrigerador doméstico identificando los depósitos térmicos del punto anterior, así como el compresor y la válvula de expansión.

7. Con base en las actividades realizadas en la práctica, ¿cómo podría verificarse el

postulado de Clausius referente a la segunda ley de la termodinámica?

El postulado de clausius dice lo siguiente: Es imposible la trasmisión de calor de un cuerpo de menos temperatura a otro de mas temperatu ra in realizar otro efecto . Pero lo que nosotros hicimos fue que de un cuerpo con mayor temperatura transmitimos calor a uno de menor temperatura. Por lo tanto se podría d ecir que el postulado de clausius se comprobaría.

8. En el diagrama de la actividad 3 indique también cuál es la zona que representa a la sustancia como líquido comprimido, mezcla de líquido y sólido, así como vapor sobrecalentado. Indique también el punto crítico.



9. Para el cálculo de flujo energético, calor o trabajo, en cada aparato del ciclo

estudiado, ¿se puede cuantificar dicha energía en tránsito con la primera ley de la termodinámica para sistemas abiertos? ¿qué información se requeriría? Si se puede cuatificar.

∆� = � +� ∆� = � + � = � = −� � = − ! ��"# �� = �$% � = �$% &' ��

��

10. Si para un sistema termodinámico abierto, como lo son cada aparato del ciclo, no fuese

significativa la variación de rapidez del fluido ni la variación de alturas entre la salida y la entrada al aparato, ¿cómo quedaría la ecuación de la primera ley de la termodinámica con estas simplificaciones?

()* + (+* = ∆,- + ∆,. + ∆/ ()* + (+* = 01

2 3∆45 + 36∆7 + ∆/8 ()* + (+* = 1

2 39∆45 + 6∆7 + ∆/: ()* + (+* = 1

2 3;945 − 4<: + 6975 − 7<: + 9ℎ5 − ℎ<:>

?@ABCD ABEDB-AF 45 = 4<

()* + (+* = 6975 − 7<: + 9ℎ5 − ℎ<: 11. ¿Es posible que la unidad PT empleada (bomba de calor) pueda funcionar como

calefactor? En caso afirmativo, ¿cuál sería el coeficiente de operación como calefactor para la unidad del experimento?

Si puede funcionar como calefactor

GH = |�JK||��| = −� LML[N]

��LOO [N] = − . �[�]



CONCLUSIONES

1.-

El estudio del ciclo de refrigeración es una buena práctica que facilita la comprensión de la 2° ley de la termodinámica. De ig ual manera nos ayuda a entender la funcionalidad de los procesos en ciclo, su aprovech amiento; y la demostración de los teoremas de Kelvin-Planck y Clausius para las máqui nas térmicas.

CARBALLO GONZÁLEZ LUIS GERARDO.

2.-

NARVÁEZ JUÁREZ ISRAEL

3.-

La práctica me hizo comprender el funcionamiento d e un refrigerador, como podemos ver digamos esa “magia” y aplicamos los dif erentes ciclos de la termodinámica, entonces por lo cual la eficiencia del mismo.

PÉREZ RODRÍGUEZ BERNARDO.



ANEXO 1

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