maquinas frigorificas- nieto
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trabajo de maquinas frigorificasTRANSCRIPT
INSTITUTO SUPERIOR TECSUP
PROYECTO DE TERMODINAMICA APLICADA
(EVIDENCIA)
“MAQUINAS FRIGORIFICAS
POR ABSORCIÓN DE BAJA POTENCIA”
INFORME:
Integrantes:
- Nieto Huamaní, David- Tito Alania Ronaldo Andres
- Torres Calderon, Miguel
Sección: C12 – 4 –AB
Profesora:
Villanueva Guevara, Sarah
Fecha de Realizacion: 20/08/14
Fecha de entrega: 28/11/14
2014 – II
Contenido
1. DEDICATORIA:.................................................................................................................3
2. RESUMEN:............................................................................................................................4
3. ABSTRACT:.......................................................................................................................5
4. INTRODUCCIÓN:..............................................................................................................6
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:...........................................................................7
6. OBJETIVOS:......................................................................................................................9
a. Objetivo General:...........................................................................................................9
b. Objetivo Especifico:.......................................................................................................9
7. MATRIZ DE CONSISTENCIA:.......................................................................................10
8. MARCO TEÓRICO:.........................................................................................................11
a. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS FRIGORIFICAS:...........................11
b. MAQUINA FRIGORÍFICA IDEAL:.............................................................................12
c. Maquina Frigorífica Real:............................................................................................14
d. Conceptos Básicos:.....................................................................................................15
e. Funcionamiento de la máquina frigorífica................................................................19
f. Ciclo termodinámico teórico de la máquina real......................................................20
g. Eficiencia teórica de la máquina real........................................................................21
h. REFRIGERANTES UTILIZADOS EN LAS MÁQUINAS FRIGORÍFICAS............22
i. Propiedades físicas de los refrigerantes..................................................................23
j. Ventajas e inconvenientes de algunos refrigerantes..............................................26
k. Refrigerante R717 Fórmula Química NH3 (amoniaco).........................................27
9. ECONÓMICA Y MEDIO AMBIENTE............................................................................29
10. CONCLUSIONES:.......................................................................................................30
11. BIBLIOGRAFIA:...........................................................................................................30
1. DEDICATORIA:
Este trabajo realizado lo hicimos gracias a las
Enseñanzas recopiladas en este ciclo de estudias
Las cuales fueron brindadas por nuestra
Querida Profesora Sarah Villanueva, a quien le
Debemos Todo lo aprendido en sus cursos
Dictados, además También admiramos su
Gran capacidad para Liderar grupos, con
La cual nosotros pudimos Integrarnos
Mejor y elaborar un mejor trabajo.
2. RESUMEN:
El presente trabajo en si consta en la solución del problema de contaminación
por el medio sustancial de los mismos refrigerantes que poseen las maquinas
frigoríficas. En este caso nosotros planteamos un problema en donde nos
basamos explícitamente en la problemática de la contaminación ambiental
luego presentamos un base teórica con la cual entenderemos mas del tema y
tendremos un mejor criterio para mejorar el proceso del sistema frigorífico.
Teniendo todo ello podremos finalmente estar en la capacidad de poder
plantear una solución con la cual podamos reducir la contaminación y mejorar
los sistemas frigoríficos.
3. ABSTRACT:
This work itself consists in solving the problem of contamination by means of
substantially the same refrigerants have refrigeration machines. Here we
propose a problem where we explicitly rely on the problem of environmental
pollution then present a theoretical basis on which we will understand more
about the topic and have a better approach to improve the process of
refrigeration system. Taking all this we can finally be in the ability to raise a
solution with which we can reduce pollution and improve refrigeration systems.
4. INTRODUCCIÓN:
En la actualidad existen diversos componentes o sistemas que requieren
de un medio frigorífico adecuado que satisface la falta de refrigeración en el
sistema y que los mantenga equilibrados térmicamente, ósea ni tan frio o ni tan
caliente. Por esta razón se han creado diversas maquinas capaces de realizar
un proceso por el cual los componentes calientes que requieren de
refrigeración se puedan refrigerar manteniendo un grado equilibrado de calor y
de la misma forma evitar sobrecalentamiento en el sistema. Estos sistemas
frigoríficos debido a sus mismos líquidos refrigerantes ocasionan daños
perjudiciales al medio ambiente y provocan el deterioro de la capa de ozono.
Es por esta razón que nosotros realizaremos este informe generando posibles
soluciones para mejorar este sistema.
5. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:
El hecho de que el planeta esté experimentando un calentamiento global,
induce a pensar que, en un futuro a corto plazo, la necesidad de sistemas de
refrigeración en determinadas épocas y latitudes del planeta serán
imprescindibles para el bienestar de los humanos
Observando como evolucionan los acontecimientos en la actualidad, no es
difícil detectar que la evolución tecnológica no ha sido orientada en el camino
más óptimo. El desarrollo se ha preocupado más en los beneficios económicos
que en los benéficos generales. Ejemplo de ello lo tenemos en los coches,
poderosas maquinas que solo aprovechan el 20% de la energía que consumen.
Hasta ahora puesto que no representaba ningún problema derrochar energía,
pues la teníamos a raudales, la eficiencia no era más que un tema económico.
Pero la situación ha cambiado. Todos tenemos presente, la problemática del
cambio climático, el agujero de la capa de ozono, el deshielo de los polos,
etcétera.
Los sistemas actuales de refrigeración, principalmente los de compresión, son
una ironía técnica. Pues envían más calor al planeta que frío a las necesidades
de las personas, todo esto sin evitar las aportaciones energéticas naturales
procedentes del sol.
Esto supone que si seguimos utilizando los sistemas de refrigeración
convencionales, continuaremos acelerando la espiral del calentamiento global.
Pues cuantos más sistemas de refrigeración convencionales utilicemos, más
aumentará la necesidad de los mismos.
Como ejemplo adjuntamos esta grafica:
6. OBJETIVOS:
a. Objetivo General:
Conocer el funcionamiento básico de la máquina frigorífica y de la
misma forma conocer los conceptos básicos en los que se basa.
b. Objetivo Especifico:
Establecer los flujos energéticos en una máquina frigorífica.
Identificar máquina frigorífica como máquina térmica.
Minimizar el impacto ambiental de los refrigerantes.
Minimizar la utilización de energías sucias.
7. MATRIZ DE CONSISTENCIA:
PROBLEMA OBJETIVO
GENERAL
Al pasar de los años se ve que la temperatura global aumenta, y esto surge gracias a las mismas personas, ya que el calentamiento global nos genera cambios climatológicos muy serios y catastróficos, sin embargo la energía producida por el sol es desperdiciada, que quiere decir que no se le da un buen aprovechamiento a las circunstancias de los problemas es por ello que las maquinas frigoríficas tienen un alto consumo de energía eléctrica u otras fuentes.
.
Obtener un aprovechamiento energético por parte de la energía radiactiva que genera el sol hacia la tierra. Esto aprovechándolo a través de un panel solar
ESPECIFICO 1 ECONOMICO
Las refrigeradoras actuales o maquinas frigoríficas tienen un alto coste que afectan a la persona que adquiere el producto ya que estas tienen que consumir mucha potencia para generar hielo.
Disminuir los costos de energía eléctrica implementando los paneles solares para que la maquina frigorífica trabaje con menor potencia y genere menor costo.
ESPECIFICO 2 aspecto ambiental
Debido a las fuentes energéticas que necesita un refrigerador genera indirectamente contaminación ambiental ya que la energía proveniente puede ser de muchas forma tanto nuclear o por quema de carbón petróleo, etc. Que van a interferir en la contaminación ambiental.
Reducir la contaminación ambiental de los refrigeradores aprovechando esta energía renovable y aprovechando la situación ambiental actual.
8. MARCO TEÓRICO:
a. PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LAS MAQUINAS FRIGORIFICAS:
Una máquina frigorífica es un motor térmico funcionando a la
inversa; en el motor térmico, el fluido termodinámico obtiene calor
del foco caliente, realiza trabajo mecánico y cede calor al foco frío.
En la máquina frigorífica, el fluido toma calor del foco frío y lo cede al
foco caliente. Como puedes observar, la transferencia de energía
térmica se realiza en el sentido contrario al que se produce de forma
espontánea en la naturaleza y, según el segundo principio de la
Termodinámica, esto sólo puede realizarse consumiendo trabajo.
Por tanto, el diagrama energético funcional de una máquina
frigorífica es el que se muestra a continuación.
Figura N° 1: Diagrama energético de la máquina frigorífica.
Donde Qf representa la energía térmica absorbida por el fluido
desde el foco frío que se encuentra a una temperatura Tf. Qc
representa el calor cedido por el fluido al foco caliente cuya
temperatura es Tc y W es el trabajo que se debe aportar al fluido
para conseguir que la transferencia térmica se realice desde el foco
frío hacia el foco caliente.
En las máquinas frigoríficas, el fluido empleado realiza un ciclo
termodinámico, por lo que en el diagrama anterior y según el primer
principio de la termodinámica, se cumplirá:
b. MAQUINA FRIGORÍFICA IDEAL:
Una máquina frigorífica ideal sería aquélla en la cual el fluido
termodinámico realizaría el Ciclo de Carnot en sentido inverso, es
decir, en sentido antihorario, como se muestra a continuación:
Figura N° 2: Ciclo de Carnot para la máquina frigorífica ideal.
Según este ciclo, el fluido realiza dos transformaciones isotérmicas y
otras dos adiabáticas:
• Transformación 1-2:
Compresión adiabática: se produce una disminución de volumen a
expensas de un consumo de trabajo exterior provocando un
aumento de temperatura desde la temperatura inferior Tf a la
temperatura superior Tc. Esta transformación se realiza sin
intercambio de calor con el exterior, adiabáticamente.
• Transformación 2-3:
Compresión isoterma: el fluido cede calor al foco caliente a
temperatura constante, lo que equivale a un trabajo negativo con
disminución de volumen.
• Transformación 3-4:
Expansión adiabática: el fluido disminuye su temperatura desde Tc
hasta Tf , sin intercambio de calor con el exterior, por lo que realiza
un cierto trabajo con aumento de volumen. Idealmente este trabajo
se podría utilizar para realizar la transformación 1-2, en la que se
necesita consumir trabajo.
• Transformación 4-1:
Expansión isotérmica: se completa el ciclo con una transformación a
temperatura constante y con aumento de volumen. Esto requiere la
realización de un trabajo positivo a partir del calor absorbido del
exterior, el foco frío.
El rendimiento ideal obtenido en este ciclo sería el máximo posible
según vimos en la U.D. 7. Este rendimiento se calcula como el
cociente entre aquello que obtenemos, según el objetivo para el que
se utiliza la máquina, y lo que nos cuesta conseguirlo. Este
rendimiento resulta ser mayor que la unidad, por lo que contradice la
propia definición de rendimiento. Es por esta razón que para indicar
el rendimiento de las máquinas frigoríficas se utiliza la expresión
eficiencia, o más técnicamente, coeficiente de operación.
Para el supuesto de una máquina frigorífica cuyo objetivo es extraer
calor del foco frío, la eficiencia ideal es:
De donde se deduce que para aumentar la eficiencia de una
máquina frigorífica interesa disponer de una elevada temperatura fría
y que la diferencia térmica entre los dos focos (salto térmico) sea lo
menor posible. Esto quiere decir que la eficiencia disminuye cuando
deseamos obtener temperaturas muy bajas o cuando hacemos
trabajar la máquina en ambientes muy cálidos.
También resulta palpable en nuestro frigorífico que, cuando se
requieren temperaturas más bajas, aumenta el tiempo de
funcionamiento del motor y, por tanto, el consumo.
Si, por el contrario, lo que buscamos con esta máquina es un aporte
de calor para calentar un recinto, es decir, si se trata de una bomba
de calor, la eficiencia será:
En este caso, la
eficiencia aumenta cuando la temperatura que se desea alcanzar en
el foco caliente es alta y cuando el salto térmico es pequeño.
A partir de las expresiones anteriores podemos relacionar fácilmente
las eficiencias de la máquina trabajando como máquina frigorífica y
como bomba de calor.
Recordando el primer principio de la Termodinámica aplicado a la
máquina frigorífica:
Qc=W+Qf
Si dividimos por W ambos lados de la igualdad:
QcW
=W +QfW
QcW
=1+QfW
c. Maquina Frigorífica Real:
Una máquina frigorífica real utiliza un fluido para realizar un ciclo
termodinámico que se basa en la evaporación y licuefacción de este
fluido. El fluido que se utiliza se denomina genéricamente
refrigerante o fluido frigorígeno.
Antes de ver cómo se consigue en una máquina real la transferencia
térmica desde el foco frío hacia el foco caliente, recordemos algunos
conceptos que nos ayudarán a entender mejor el proceso.
d. Conceptos Básicos:
Calor sensible y calor latente. Cuando se aplica calor a una
sustancia y ésta aumenta su temperatura, se está aplicando calor
sensible. Tomando el agua como referencia, sabemos que para que
un gramo de agua aumente su temperatura en un grado, es
necesario aplicarle una caloría.
Sin embargo, cuando se aplica calor a una sustancia y ésta no varía
su temperatura sino que cambia de estado, se está aplicando calor
latente que, según sea el cambio de estado se denominará calor
latente de vaporización (de líquido a vapor) o de licuefacción (de
vapor a líquido). Para el agua, el calor latente de vaporización es
537 kcal/kg, es decir, que para que un gramo de agua líquida pase a
vapor debe absorber 537 calorías. La siguiente tabla muestra los
valores de calor latente de varias sustancias.
Tabla 1. Valores de calor latente a 1 atm para algunos fluidos frigoríficos.
Al igual que para el agua, el calor latente tiene un valor muy superior
al calor específico, por lo que podemos establecer que resulta más
rentable absorber calor desde el entorno mediante el cambio de
estado de un fluido que con el simple calentamiento del mismo.
Veamos un ejemplo: si se desea mantener un determinado recinto a
–20ºC, haciendo circular a través de una tubería un fluido
refrigerante a –30 ºC, se tendrá que hacer circular por dicha tubería
un gran caudal de fluido para conseguir nuestro objetivo. Sin
embargo, si en el interior de la tubería se obliga al fluido a pasar de
líquido a vapor, el calor que absorbe será mucho mayor y, por tanto,
el caudal necesario será mucho menor.
Temperatura y presión de saturación:
La temperatura de saturación es aquella temperatura a la que una
determinada sustancia realiza el paso de líquido a vapor, o
viceversa. La presión de saturación es aquella presión a la que una
determinada sustancia realiza el paso de líquido a vapor o viceversa.
La temperatura y la presión de saturación están íntimamente
relacionadas, de tal forma que el valor de una depende del valor de
la otra. Es decir, en el cambio de estado, mientras coexisten las
fases líquido y vapor, con saber el valor de la temperatura existente
queda perfectamente definida la presión o, al contrario, si se sabe la
presión, automáticamente queda determinada la temperatura.
Todo vapor puede ser licuado.
Esta afirmación es una consecuencia de lo anteriormente expuesto;
aunque estemos habituados a ver algunas sustancias en estado
gaseoso, si se llevan a las condiciones necesarias, podrán pasar a
estado líquido. Esto ocurre con el butano que, en el interior de las
botellas está líquido, o con el gas natural, que se licua para
transportarlo mediante los barcos denominados metaneros, y
también con el oxígeno que se licua para utilizarlo como comburente
en las naves espaciales.
Estos conceptos vistos hasta ahora permiten intuir cómo funciona
una máquina frigorífica:
• Se dispone de un fluido refrigerante en un circuito cerrado que, en
el lugar adecuado, disminuyendo la presión, pasará de líquido a
vapor absorbiendo calor del medio exterior y, por tanto, refrigerando
el medio que lo rodea (con el amoniaco esto pasaría a presión
atmosférica a –35 ºC).
• Este fluido, ahora vapor, se comprime para aumentar su presión,
obligándole, en otro punto del circuito, a pasar de vapor a líquido,
cediendo calor al exterior (Con el amoniaco esto pasaría a
temperatura ambiente con una presión de 10 atmósferas). Sólo falta
permitir que baje nuevamente la presión para que se repita el
proceso realizando un ciclo termodinámico.
Componentes de una instalación frigorífica
Para realizar los distintos procesos indicados anteriormente, se
disponen de los elementos necesarios en cada caso; estos
elementos son indicados a continuación en la figura.
Figura N° 3: Elementos de la máquina frigorífica y su localización en un frigorífico convencional.
• Compresor.
Toma el fluido refrigerante en estado vapor y a baja presión y eleva
su presión hasta un valor que su temperatura de saturación sea
superior a la temperatura ambiente que existe en el exterior de la
máquina, de forma que sea posible el cambio de estado del fluido de
vapor a líquido con cesión de calor. El compresor funciona
accionado por un motor térmico o eléctrico.
• Condensador.
Se trata de un conducto en forma de serpentín para conseguir una
gran superficie de contacto que facilite el rápido intercambio de calor
entre el fluido del interior y el medio exterior. Este conducto se va
llenando del vapor que proviene del compresor y va aumentando su
presión hasta alcanzar la presión de vapor, momento en que se
licua, cediendo calor al exterior. En un frigorífico convencional es la
rejilla situada en la parte trasera del frigorífico (Qc).
• Válvula de expansión.
Es el dispositivo que se utiliza para regular la entrada en el
evaporador del fluido refrigerante en estado líquido procedente del
condensador. Mediante esta válvula se consigue que el evaporador
se alimente de una forma continua. Así, se dispone en el evaporador
del refrigerante necesario para conseguir que se mantenga la
presión de vapor que se necesita, según la temperatura deseada,
para que se produzca el paso de líquido a vapor con la
correspondiente absorción de calor.
· Evaporador.
Es un intercambiador de calor similar al condensador. En este caso,
el evaporador va recibiendo fluido en estado líquido a baja presión,
procedente de la válvula de expansión. Las propiedades
termodinámicas del fluido refrigerante permiten que, para la presión
existente en el evaporador, la temperatura de vapor a la que se
produce el cambio de líquido a vapor sea inferior a la temperatura
del local que se desea refrigerar. De esta forma, el fluido toma el
calor que necesita para el cambio de estado del medio exterior y lo
refrigera. En un frigorífico convencional es el conducto en forma de
serpentín situado en la parte interior de la pared trasera (Qf).
e. Funcionamiento de la máquina frigorífica
El siguiente diagrama de bloques muestra los elementos que
componen la máquina, la circulación del fluido refrigerante y las
transformaciones que sufre a su paso por los distintos bloques:
Figura N°4: Diagrama de bloques de funcionamiento de una máquina frigorífica.
• Proceso 1-2:
El compresor toma el refrigerante en estado de vapor a baja presión
(Pf) y baja temperatura (Tf) y lo comprime, pasando a alta presión
(Pc) y alta temperatura (Tc). En este proceso se consume un trabajo
W (suministrado por el motor térmico o eléctrico).
• Proceso 2-3:
El fluido en las condiciones anteriores entra en el condensador,
donde cambia de estado, cediendo un calor Qc al exterior.
• Proceso 3-4:
A través de la válvula se permite la expansión del fluido, por lo que
disminuye su presión y temperatura.
• Proceso 4-1:
El líquido refrigerante entra en el evaporador, donde cambia de
estado líquido a vapor, consumiendo un calor Qf que toma del
interior de la cámara frigorífica, refrigerándola.
f. Ciclo termodinámico teórico de la máquina real
El proceso descrito en el apartado anterior corresponde con el ciclo
termodinámico teórico que se muestra a continuación en la figura.
Figura N°5: Ciclo termodinámico real teórico de la máquina frigorífica
Las transformaciones termodinámicas realizadas por el fluido son:
• Transformación 1-2: Compresión adiabática:
El fluido, a temperatura Tf y presión Pf, recibe trabajo (W),
aumentando su presión y temperatura hasta Pc y Tc, pero sin
intercambio de calor con el exterior.
• Transformación 2-3: condensación:
El fluido realiza un cambio de estado, pasando de vapor a líquido.
Este cambio de estado conlleva una liberación de calor (Qc) por
parte del fluido termodinámico hacia el foco caliente. Teóricamente,
esta transformación se realiza a presión y temperatura constante.
• Transformación 3-4: Expansión adiabática:
Se permite la expansión del líquido, por lo que disminuye su presión
y temperatura hasta los valores Pf y Tf.
En esta transformación, el líquido realiza un cierto trabajo, pero es
tan pequeño que, en la práctica, no puede ser aprovechado.
Teóricamente, esta expansión se realiza sin intercambio de calor.
• Transformación 4-1: evaporación:
Para cerrar el ciclo, el fluido cambia nuevamente de estado, ahora
de líquido a vapor, absorbiendo calor (Qf) desde el foco frío. En este
ciclo teórico, se supone que este cambio se realiza a temperatura y
presión constante.
g. Eficiencia teórica de la máquina real
Según el ciclo termodinámico expuesto, la eficiencia de la máquina
frigorífica se puede obtener como el cociente entre el calor que se
absorbe desde el foco frío (el fin que se persigue con la máquina, Qf)
y lo que nos cuesta conseguir este objetivo; el trabajo que se debe
suministrar a la máquina (W):
Qc = Qf + W
De todas formas, como se ha indicado, éste es el funcionamiento de
la máquina según el ciclo teórico. El ciclo real no será el descrito por
los siguientes motivos:
• El fluido que se supone en unas partes del circuito, como todo
vapor, y en otras como todo líquido, en realidad se trata de una
mezcla liquido-vapor con distintas proporciones en cada punto del
circuito. Por tanto, los cambios de estado no afectan a la totalidad de
la masa del fluido refrigerante, y la eficiencia disminuye.
• La compresión y la expansión que se consideran adiabáticas en
realidad se realizan con intercambios de calor con el exterior, lo que
supone pérdidas energéticas.
• Los intercambios de calor en el condensador y en el evaporador se
supone que se realizan de forma ideal, es decir, considerando una
superficie de contacto tan grande como se precise (idealmente
infinita), y una circulación de fluido exterior tan grande como sea
necesaria. Esta situación no es viable en la práctica, por lo que el
intercambio de calor no es perfecto, quedando parte del fluido sin
cambiar de estado o intercambiando el calor con otra fuente para
realizar el cambio de estado. Para solventar en parte este problema
se fuerza la circulación de aire exterior mediante ventiladores.
h. REFRIGERANTES UTILIZADOS EN LAS MÁQUINAS FRIGORÍFICAS
Existen un gran número de refrigerantes, cada uno de los cuales se
empleará en función de sus características para distintas
aplicaciones. Con la preocupación creciente hacia el mantenimiento
del medio ambiente, algunos fluidos refrigerantes han sido
prohibidos y otros tienen un plazo determinado para dejar de ser
utilizados. Todos ellos tienen o tendrán un sustituto de prestaciones
similares.
A la hora de elegir un refrigerante no sólo se debe pensar en su
capacidad de realizar con alta eficiencia el ciclo termodinámico
correspondiente, sino que hay que tener en cuenta las
consecuencias que para el medio ambiente pueda tener. En otras
ocasiones resulta fundamental prever las consecuencias que pueda
tener el poner en contacto el refrigerante con el producto que se
refrigera.
Características genéricas de los refrigerantes
En líneas generales, para que un fluido pueda ser utilizado como
refrigerante en una máquina frigorífica, debe adaptarse a los
siguientes condicionantes:
No atacar la capa de ozono.
No contribuir directamente o indirectamente al efecto
invernadero.
No debe ser inflamable ni tóxico.
Las presiones de trabajo deben estar por encima de la
presión atmosférica para evitar las filtraciones de aire y de
vapor de agua.
Debe ser fácilmente detectable en caso de fugas en el
sistema.
Debe ser compatible con los lubricantes que se utilicen en
la instalación.
No debe corroer los metales usualmente usados en el
sistema de refrigeración y debe ser químicamente estable.
Debe ser de fácil manejo y de bajo costo (económico).
i. Propiedades físicas de los refrigerantes
Debido a la amplia gama de condiciones de funcionamiento no
existe el refrigerante que cumpla todas las exigencias y su idoneidad
dependerá del grado en que sus propiedades se acerquen a las
exigencias concretas de utilización.
Las propiedades físicas más importantes que se deben tener en
cuenta a la hora de elegir un refrigerante para una determinada
instalación son las siguientes:
1. Tensión de vapor.
La curva de tensión de vapor refleja el equilibrio entre el fluido
frigorígeno en estado líquido y estado gaseoso. De esta curva se
obtendrán las presiones y las temperaturas de evaporación y de
condensación a las que tendrá que trabajar el fluido. La siguiente
gráfica muestra la curva de tensión de vapor para algunos
refrigerantes.
Figura N°6: Curva de vapor para algunos refrigerantes.
A modo de ejemplo, supongamos que disponemos del refrigerante
R13 a –20ºC y 20 bares. Según la gráfica anterior, este fluido está
en estado líquido. Si disminuye la presión, el cambio de estado se
producirá a –20 ºC cuando se alcancen los 15 bares.
O bien, si disponemos del refrigerante R114 a 2 bares y 40 ºC,
estará en estado gaseoso. Si ahora disminuye la temperatura, el
cambio de estado se producirá a los 20 ºC, pero si se desea que el
cambio de estado se realice a 40 ºC, habrá que aumentar la presión
hasta los 3,8 bares.
Relación de compresión.
Indica la relación entre la presión de salida y la de entrada de un
compresor.
Muestra la capacidad de compresión que debe tener el compresor
para suministrar el fluido en las condiciones necesarias. Debe ser
pequeña, pues la eficacia volumétrica varía inversamente con la
relación de compresión. La siguiente tabla muestra la relación de
compresión de algunos refrigerantes trabajando con un foco frío a –5
ºC y un foco caliente a 35 ºC.
Tabla N°2: Relación de compresión necesaria para funcionar entre -5 y 35 oC con distintos refrigerantes.
A modo de ejemplo, tomemos el refrigerante R-12, cuya relación de
compresión para trabajar entre –5 y 35 ºC debe ser 3,24. Si miramos
en la gráfica de la figura 12, podremos observar que, para que el R-
12 realice su cambio de estado a –5 ºC, debe estar
aproximadamente a 3 bares, mientras que el cambio de estado a 35
ºC se realizará a 9,7 bares. Es decir, en el circuito frigorífico que
utilice el R-12 como refrigerante y que trabaje entre –5 y 35 ºC, el
compresor debe tomar el gas a una presión de 3 bares y comprimirlo
hasta los 9,7; su relación de compresión debe ser:
9.73
=3.23
Calor latente de vaporización:
Es recomendable un alto valor de calor latente, pues será mayor la
cantidad de calor absorbida por unidad de masa, es decir, será
mayor la producción frigorífica específica. Será menor el caudal
másico de fluido en circulación necesario y permitirá utilizar equipos
más pequeños y compactos, reduciendo la potencia consumida.
j. Ventajas e inconvenientes de algunos refrigerantes
Se han visto datos en tablas y gráficos de distintos fluidos
refrigerantes; veamos cuáles son los motivos que los hacen unas
veces convenientes y otras veces no, para usarlos en las máquinas
frigoríficas.
• Agua (R-718). Presenta como ventajas su bajo costo, no
inflamable, no tóxico y elevado calor latente. Su principal
inconveniente consiste en que requiere de presiones muy bajas para
evaporar a bajas temperaturas.
• Amoníaco (R-717). Es un fluido de alto calor latente, de bajo coste
y de alta presión de vapor. Por otra parte, es tóxico, inflamable y
corrosivo.
• CO2 (R-744). Es un gas inerte, no tóxico y no inflamable. Su
principal inconveniente consiste en que necesita presiones muy
elevadas para realizar el ciclo.
• Compuestos halogenados del carbono. Los refrigerantes
pertenecientes a este grupo son los más utilizados. Son fluidos no
tóxicos, no inflamables, no corrosivos en ausencia de agua y no
afectan al olor ni al sabor ni al color de los productos refrigerados.
Dentro de este grupo están:
- Los CFC (Cloro-Fluoro-Carbonados). Pertenecen a este tipo los
refrigerantes R-11, R-12, R-13 y R - 502. Su principal inconveniente
es que destruyen la capa de ozono, por lo que su utilización está
restringida según el protocolo de Montreal.
- Los HCFC (Hidro-Cloro-Fluoro-Carbonados). Pertenecen a este
tipo los refrigerantes R-22, R123 y R-124. Son menos estables que
los CFC, por lo que destruyen en menor medida la capa de ozono.
Están siendo utilizados para sustituir los anteriores hasta la
aplicación de refrigerantes que no afecten a la capa de ozono.
- Los HFC (Hidro-Fluoro-Carbonados). Son los refrigerantes del
futuro, el R-134a, R-125, R-404a,
R-152a y R-23. Su principal ventaja deriva del hecho de no contener
cloro, por lo que no destruyen la capa de ozono. Las nuevas
instalaciones deben llevar este tipo de refrigerantes.
A continuación se muestra la tabla de calor latente para algunos refrigerantes.
Figura N°7: Características más significativas de algunos fluidos frigorígenos.
k. Refrigerante R717 Fórmula Química NH3 (amoniaco)
Entre los refrigerantes "naturales", el R717 mantiene uno de los
primeros lugares como una alternativa al R22 y R502. La producción
mundial de amoniaco alcanza 120 millones de toneladas y solo una
pequeña porción de este (hasta un 5 %) es usado en los equipos de
refrigeración.
El amoniaco no degrada la capa de ozono (ODP = 0) y no contribuye
directamente al incremento del gas de invernadero (GWP = 0). El
gas con un fuerte olor característico es dañino para el organismo
humano. La concentración de tolerancia en el aire es es 0,02
mg/dm3, lo que corresponde a una fracción en volumen de
0,0028%. En combinación con el aire a una fracción en volumen de
16...26,8% y la disponibilidad de fuego abierto el amoniaco es
explosivo. La temperatura de ignición en el aire es 651 oС.
Los vapores de amoniaco son más ligeros que el aire, es bien
soluble en agua (una unidad de agua puede disolver 700 unidades
de amoniaco que excluye la humedad congelada en el sistema). El
amoniaco se mezcla fuertemente con aceites minerales. No afecta
metales ferrosos, el aluminio y el bronce fosfórico, pero en la la
presencia de humedad destruye los metales no ferrosos (zinc, cobre,
y sus aleaciones) La proporción en masa de humedad en el
amoniaco no debe exceder 0,2%.
De acuerdo con las cualidades termodinámicas, el amoníaco es uno
de los mejores refrigerantes: según la productividad de enfriamiento
supera considerablemente a los R12, R11, R22 and R502, tiene mas
alto coeficiente de transferencia de calor que permite usar tuberías
de más pequeño diámetro en los aparatos de transferencia de calor.
Debido al fuerte olor del amoniaco, las fugas en el sistema de
refrigeración pueden ser fácilmente detectado por el personal.
Debido a estas razones, el R717 encuentra sus amplios usos en las
grandes capacidades de refrigeración. El refrigerante R717 tiene
bajo costo.
Una de las desventajas del amoniaco es el mas alto valor de la línea
adiabática (1,31) comparada al R22 (1,18) y R12 (1,14), que causa
un incremento considerable de la temperatura de descarga. En
conexión con esto, los aceites de refrigeración usados en
combinación con amoniaco deben presentar requirimientos estrictos
de estabilidad térmica durante un largo período de tiempo de
operación de la capacidad de refrigeración.
9. ECONÓMICA Y MEDIO AMBIENTE
Tipo de Refrigerador Consumo
W kWh/día kWh/mes
Refrigerador pequeño 112 1,6 40,8
Refrigerador mediano 180 2,5 76
Refrigerador grande 220 3,1 92
Sabiendo que el kilowatt hora en el Peru es de 7.90 centimos entonces podríamos estimar una valorización que se representara en la tabla de siguiente.
Tipo de Refrigerador Consumo al mes Costo al mes Costo al año
Refrigerador pequeño
40,8 S/. 322.32 3867.84
Refrigerador mediano
76 S/. 600.40 7204.8
Refrigerador grande 92 S/. 726.80 8721.6
Ahorro al año implementando el refrigerador por consumo de baja potencia con energía solar.
Tipo de RefrigeradorCosto de
implementación(s/.)
Costo al año usando energía eléctrica (s/.)
Ahorro(s/.)
Refrigerador pequeño S/. 600.00 3,867.84 3267.84Refrigerador mediano S/. 600.00 7,204.80 S/. 6,604.80Refrigerador grande S/. 600.00 8,721.60 S/. 8,121.60
10. CONCLUSIONES:
De este proyecto se puede concluir que al aprovechar fuentes renovables contribuyes tanto al aspecto económico como ambiental ya que se aprovecha la situación medioambiental actual, y respecto a ello es qué surgen muchas necesidades como las de implementar estos tipos de proyectos.
Usar el R-717 o también conocido como Amoniaco o NH3 hace que aprovechemos mejor el tema de refrigeración ya que este refrigerantes contiene excelentes ventajas que se diferencian del resto entre ellas están su excelente transferencia de calor, su potencial de destrucción del ozono que es 0 que además resulta ser un fertilizante vegetal muy bueno lo que ayuda a generar un bienestar para el medio ambiente.
11. BIBLIOGRAFIA:
http://joseamateo.files.wordpress.com/2014/03/maquinas-frigorificas-ii.pdf : Obtenido el día 28/11/14.
http://cienbas.galeon.com/02un_componente.htm : recuperado el dia 28/11/14.
http://actualidadenergetica.blogspot.com/2008/12/precios-de-electricidad.html : recuperado el dia 28/11/04.
http://listado.mercadolibre.com.pe/lima/paneles-solares : recuperado el dia 28/11/14.
http://es.wikipedia.org/wiki/Panel_fotovoltaico : recuperado el dia 28/11/14.