Ciclo De Carnot Inverso.docx

TALLER DE PROCESOS II

LABORATORIO Nº1

1. OBJETIVO 

SISTEMA DE REFRIGERACIÓ

Determinar el coeficiente de funcionamiento del ciclo inverso de Carnot, la potencia requerida para producir una tonelada de refrigeración y el gasto del fluido circundante.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO Ciclo Invertido de Carnot El ciclo de Carnot es un ciclo totalmente reversible que se compone de dos procesos isotérmicos reversibles y de dos procesos isentrópicos. Tiene la máxima eficiencia térmica para determinados límites de temperatura y sirve como un estándar contra el cual los ciclos de potencia reales se comparan. Puesto que es un ciclo reversible, los cuatro procesos que comprende el ciclo de Carnot puede invertirse. Al hacerlo también se invertirán las direcciones de cualquier interacción de calor y trabajo. El resultado es un ciclo que opera en dirección contraria a las manecillas del reloj. El motor Carnot es una maquina productora de potencia que recibe calor como energía entrante, y entrega trabajo mecánico como energía saliente. Cuando se invierte el ciclo de Carnot, ello significa que el trabajo mecánico es ahora energía de entrada, y que puede hacerse fluir calor de un cierto nivel de energía (temperatura) a otro. ¿Para qué sirve esto? Por ejemplo, esta es la forma en que funcionan los refrigeradores. La energía mecánica la suministra un motor eléctrico que impulsa un compresor, y el refrigerante (la sustancia de trabajo) absorbe o toma calor del interior del espacio refrigerado, a temperatura baja, y lo entrega o descarga a temperatura alta en los serpentines de condensación colocados en la parte externa del sistema frigorífico. Este ciclo termodinámico inverso presenta exactamente los mismos procesos que el ciclo de Carnot directo (o de potencia), solo que ahora el ciclo se efectúa en sentido contrario a las manecillas del reloj. El diagrama p-V correspondiente a una maquina frigorífica de Carnot se observa en la figura.

FIGURA 1 Diagrama p-v correspondiente al ciclo de Carnot inverso

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El propósito de una máquina de carnot de ciclo inverso consiste en retirar o extraer cierta cantidad de calor a baja temperatura, mediante el suministro de trabajo. Esto da por resultado una cesión de calor a alta temperatura. El rendimiento de las máquinas de ciclo inverso se expresa por el llamado coeficiente de funcionamiento (COP), en vez de por algún concepto común de eficiencia. En el caso de una maquina Carnot de ciclo inverso, que emplea un gas ideal como sustancia de trabajo, el coeficiente de funcionamiento es: COP =

COP =

Qentrada Wneto Tc Th−Tc

Donde el trabajo neto se ha expresado como una cantidad positiva. De este modo, el coeficiente de funcionamiento (C.F.) de una maquina Carnot de ciclo inverso depende solo de las temperaturas absolutas de los depósitos térmicos. El coeficiente de rendimiento o funcionamiento de la mayoría de los ciclos inversos es mayor que la unidad. Es importante resaltar que el COP de los refrigeradores y bomba de calor pueden ser mayores a uno. Debido a que: COPBC =COPR + 1 Para valores fijos de QL y QH. Esta relación implica que COPBC f 1 puesto que COPR es una cantidad positiva, es decir, una bomba de calor funcionará en el peor de los casos, como un calentador de resistencia. Un dispositivo que funcionará con base en este ciclo podría producir enfriamiento o calentamiento en el espacio donde se requiriese acondicionar o regula la temperatura. Maquinas o sistemas de este tipo proporcionan un acondicionamiento ambiental por todo el año en algunos recintos o edificaciones. Un refrigerador o bomba de calor que opera en el ciclo invertido de Carnot es definido como un refrigerador de Carnot o una bomba de calor de Carnot.

FIGURA 2. Diagrama T-S correspondiente al ciclo inverso de carnot

En este caso, el calor suministrado que proviene de la región refrigerada, evaporaría al fluido (en 1) hasta alcanzar el estado 2. El compresor aumentaría isentrópicamente (2-3) la

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presión de la mezcla húmeda hasta una temperatura elevada, produciendo su conversión en vapor saturado. La cesión de calor (3-4) se efectuaría a una temperatura constante, hasta que el fluido se condense a la forma de líquido saturado, y luego el líquido entraría (4-1) al expansor a entropía constante, realizando ahí trabajo hasta alcanzar la presión y la temperatura del estado 1.

FIGURA 3 Diagrama P-h correspondiente al ciclo de Carnot inverso CICLO IDEAL DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR Muchos de los aspectos imprácticos asociados con el ciclo invertido de carnot pueden ser eliminados al evaporar el refrigerante por completo antes de que se comprima, y al sustituir la turbina con un dispositivo de estrangulamiento tal como una válvula de expansión. El ciclo que resulta se denomina ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor, y se muestra de manera esquemática y en diagrama T-s.

QL QH

Calor de una fuente de baja temperatura (T L) Calor de un sumidero de alta temperatura (T H)

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El ciclo de refrigeración por compresión de vapor es el que más se utiliza en refrigeradores, sistemas de acondicionamiento de aire y comas de calor. Se compone de cuatro procesos:    

(1-2) Compresión isentrópica en un compresor (2-3) Rechazo de calor a presión constante en un condensador (3-4) Estrangulamiento en un dispositivo de expansión (4-1) Absorción de calor a presión constante en un evaporador

En un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor, el refrigerante entra al compresor en el estado 1 como vapor saturado y se comprime isentrópicamente hasta la presión del condensador. Principio de funcionamiento de los principales dispositivos del sistema de refrigeración -

-

-

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Evaporador: Se transfiere calor (absorbe) de la región fría al refrigerante que experimenta un cambio de fase a temperatura constante. Para que la transferencia de calor sea efectiva, la temperatura de saturación del refrigerante debe ser menor que la temperatura de la región fría. Condensador: El refrigerante se condensa al ceder calor a una corriente externa al ciclo. El agua y el aire atmosférico son las sustanciales habituales utilizadas para extraer calor del condensador. Para conseguir que se transfiera calor, la temperatura de saturación del refrigerante debe ser mayor que las temperaturas de las corrientes atmosféricas. Compresor: Para alcanzar las condiciones requeridas en el condensador logrando la liberación del calor desde el sistema al ambiente, es necesario comprimir el refrigerante de manera de aumentar su presión y en consecuencia su temperatura (generalmente temperaturas de sobrecalentamiento), los requerimiento de potencia de entrada depende de las necesidades de enfriamiento. Válvula de estrangulamiento: Liberado el calor en el condensador es necesario revertir el proceso del compresor de manera de obtener bajas temperatura al disminuir la presión (estrangular), logrando las condiciones requeridas en el evaporador.

3. MATERIALES

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EQUIPO UTILIZADO -

Ciclo inverso de carnot: Que cuenta con un Compresor, Condensador, Evaporador, Válvula de expansión y Termómetro digital

REACTIVO -

Freón 12

4. DIAGRAMA DE FLUJO DEL EQUIPO

5. PROCEDIMIENTO

CICLO INVERSO DE CARNOT

Activar el ciclo de carnot

Medir la temperatura y presion a la entrada del compresor

Medir la temperatura de de entrada y salida del fluido del evaporador

Medir la temperatura de entrada y salida del fluido del condensador

Medir la temperatura de entrada y salida del fluido de la válvula de expansión

Determinar el COP , la POTENCIA requerida y el Gasto del Fluido circundante.

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6. CONCLUSIONES Se logró determinar:  El coeficiente de funcionamiento :  La potencia requerida está dada por:  El gasto del fluido circundante: 7. RECOMENDACIONES -

Verificar la buena conexión del equipo antes de activarlo. Verificar si los manómetros del equipo, funcionan correctamente Tomar datos correctos y exactos, para la realización del informe

8. BIBLIOGRAFÍA  Guía Ing. Cesar Ruiz Ortiz  Tema-2-ciclos-de-refrigeración1.pdf  Ingeniería-termodinámica-m-david-burghardt.pdf  Ingeniería-termodinámica-séptima edición- Yunes A Cengel