miércoles, 18 de noviembre de 2015

Carga y descarga de refrigerante (Lab. N°5)

    


el fluido de trabajo conocido como refrigerante es una sustancia muy costosa y nociva para el medio ambiente, por lo que en los sistemas de refrigeración se evita al máximo que esta sustancia se se escape al ambiente. para ello se han desarrollado sistemas de carga y descarga de refrigerante que permiten retirar esta sustancia del sistema para realizar tareas de mantenimiento e incorpórala nuevamente al sistema para  reutilizarlo 

para este propósito se emplean una serie de equipos y dispositivos que se muestran en la tabla


Sistemas de control en circuitos de refrigeración (Lab. N°4)

   


una parte importante en los circuitos de refrigeración son los sistemas de control. estos sistemas tienen 4 finalidades que se enumeran a continuación:

  1. mantener las temperaturas en los rangos adecuados.
  2. proteger al equipo de sobre-presiones y sobre-voltajes.
  3. reducir.
  4. habilitar funciones de servicio
para ello en estos sistemas se devén controlar las siguientes variables
  • presión
  • temperatura 
  • corriente
para controlar esta variables los circuitos de refrigeración cuentan con los siguientes elementos de control



dependiendo de los requerimientos de la aplicación se configura el sistema de control para garantizar un funcionamiento adecuado. para entender mejor este concepto se explicara el sistema de control de una nevera tipo no frost convencional 

lógica del circuito.

las siguientes son una serie de tareas condicionadas al funcionamiento de la nevera 
  • para garantizar un adecuado funcionamiento la temperatura al interior de la nevera se debe mantener en los rangos adecuado según la preferencia del usuario, para ello se debe poner en funcionamiento el compresor cuando la temperatura alcanza un mínimo determinado y pagarlo cuando alcanza un máximo prudente.
  • para proteger al compresor por sobre-presiones, este se debe apagar en caso cuando la presión en el sistema sobrepase los limites seguros 
  • cuando el usuario  abre la nevera es importante que se pierda el mínimo de aire frió asía el exterior ya que esto significa mas trabajo para el sistema al tener que enfría aire nuevamente. para ello el ventilador del evaporador se debe apagar cada ves que se haber la nevera 
  • un servicio adicional es la iluminación, al interior de la nevera se deberá encender un bombillo solamente cuando la nevera este abierta. 
  • por ultimo todas las parte eléctricas se deben proteger en casos subidas en el voltaje de suministro, para ello se debe desconectar la nevera cuando el voltaje supere los limites predeterminado.   

circuito de control de la nevera 

         

 
los sistemas de control pueden ser tan complejos como la configuración del equipo y los requerimientos funcionales lo demanden en el siguiente imagen muestra el funcionamiento para un circuito de aire acondicionado y de refrigeración al interior de una vehículo de carga que funciona con un solo compresor  

Ciclos mixtos de refrigeración y Bomba de Calor (Lab. N°3)

en ciertas ocasiones en especial el los dispositivos utilizados para el confort, es necesario que el espacio a tratar pueda ser enfriado o calentado según la necesidad, es por ello que una practica muy frecuente en refrigeración es diseñar circuitos multi-propósito, ya que las dos tareas se pueden llevar a cabo por el sistema. para calentar el espacia, se extrae calor del ambiente y se deposita en el recinto, y para enfriarlo se realiza el proceso contrario. loa siguiente muestra de forma esquemática el proceso de funcionamiento de un ciclo mixto.


para lograr que el equipo extraiga o aporte calor según las necesidades, se debe poder invertir el sentido de flujo del fluido de trabajo, para esto se agregan algunos elementos adicionales que se describen a continuación



a continuación se muestran el sentido de flujo para enfriamiento o calefacción de un circuito de refrigeración, en el diagrama tenemos un segundo circuito que es el de trasporte de energía que básicamente es un circuito de agua que absorbe o entrega energía de un deposito, para trasportarlos a los puntos de consumo  

Frió



Calor 


Funcionamiento de una válvula direccional de 4 vías 


este dispositivo es el encargado de invertir el sentido de flujo del dispositivo, de acuerdo con una señal de control el la siguiente gráfica se ilustra su funcionamiento 


Ciclo de refrigeración descripción de funcionamiento y componentes (Lab. N°1)

una ves visto los principios de funcionamiento de un sistema de refrigeración, a continuación se describen la configuración normal de equipos para lograr que el fluido de trabajo atraviese por las etapas de del ciclo de refrigeración .   El ciclo básico de refrigeración consta de 4 puntos que son EVAPORACIÓN, COMREPSIÓN, CONDENSACIÓN, CONTROL Y EXPANSIÓN a continuación se dará un breve resumen de cada uno de los puntos anteriores

Evaporación 

En la etapa de evaporación el refrigerante absorbe el calor del especio que lo rodea y por consiguiente lo enfría. Esta etapa tiene lugar en un componente denominado evaporador, el cual es llamado así debido de que en el refrigerante se evapora cambia de liquido a vapor.

Comprensión

Después de evaporarse el refrigerante sale del evaporador en forma de vapor a baja presión, pasa al compresor en donde se comprime incrementando su presión (este aumento de presión es necesario para que el gas refrigerante cambie fácilmente a liquido y lo bombea asía la etapa de condensación).

Condensación

La etapa de condensación del ciclo se efectúa en una unidad llamada “condensador” que
se encuentra localizado en el exterior del espacio refrigerado. Aquí el gas refrigerante a alta presión y alta temperatura, rechaza calor asía el medio ambiente (es enfriado por una corriente de agua o de aire), cambiando de gas a liquido frío y a una alta presión.

Control y expansión 

Esta etapa es desarrollada por un mecanismo de control de flujo, este dispositivo retiene el flujo y expansiona al refrigerante para facilitar su evaporación posterior. Después de que el refrigerante deja el control del flujo se dirige al evaporador para absorber calor y comenzar un nuevo flujo

Componentes principales 

estos son los equipos encargados de realizar  cada una de las etapas del siclo de refrigeración y sin los cuales no se puede  llevar a cavo este proceso 

Tabla de Equipos principales   


Equipos y dispositivos auxiliares 

En un circuito de refrigeración, a parte de los equipos principales también se disponen una seria de dispositivos auxiliares para el monitorio,control y mantenimiento de este. a continuación se presenta un diagrama P&ID completo con todos los equipos y dispositivos.   

Diagrama  completo de un sistema de refrigeración 


Diagramas del proceso termodinámico 
para el estudio de los procesos de refrigeración es conveniente representar mediante gráficos termodinámicos el comportamiento del fluido de trabajo durante el ciclo de refrigeración. a continuación se muestran los diagramas T vs S y P vs H que describen el comportamiento del refrigerante  durante un ciclo completo de trabajo 



Energía trabajo en cada una de las etapas 

en un circuito de refrigeración , ocurren fenómenos termodinámicos asociadas a los equipos principales,  que tiene que ver fundamentalmente con entras y salidas de energía en el sistema, ademas también se llevan a cavo labores de control e inspección asociadas a los equipos secundarios. el siguiente gráfico muestra la labor que desempeña cada componente dentro del circuito  



Conclusiones

Revisando el diagrama termodinámico ¿que característica presenta los componentes que desarrollan trabajo mecánico y cual es la razón? 
  • Los componentes tiene la capacidad de cambiar las propiedades del fluido, como lo son la presión y la temperatura sin lograr el cambio de estado de es

¿Que característica presentan los componentes que desarrollan trabajo térmico y cual es la razón?
  • Los componentes que se encuentran tanto en el lazo cerrado como abierto y están en contacto con el medio ambiente logran extraer la humedad del liquido refrigerante y haciendo que cambie de estado para llevar a cabo el ciclo termodinámico. 

¿Cuales son las variables que manejan los instrumentos de medición?
  • Las variables que manejan los instrumentos de medición en el sistema son la presión y la temperatura a la entrada y salida de los componentes del sistema.

¿Cuales son las razones por las cuales se indica que el circuito de aire acondicionado posee un circuito de lazo abierto y otro de lazo cerrado?
  • El lazo cerrado es es lazo que esta conformado por todos los componentes en ciclo termodinámico; Él lazo abierto se encuentra en la interacción de los componentes con trabajo térmico (condensador y evaporador) con el medio a tratar en este caso el laboratorio. 

¿Cual es la función que cumple el acumulador en un sistema de refrigeración?
  • Acumula el liquido refrigerante cuando se tiene que hacer labores de mantenimiento dentro del sistema.

¿Cuales son las fallas mas comunes que se pueden presentar en un sistema de refrigeración y por que?
  • Puede presentar fugas las cuales permitirían la entrada de aire e impurezas al sistema. Los elementos de control tiene que estar calibrados

domingo, 15 de noviembre de 2015

Para entender el funcionamiento de los sistemas de refrigeración, vamos a abordar el Concepto de maquina térmica  y los componentes que la integra.

Maquina térmica



Una maquina térmica es un dispositivo termodinámico que utiliza un diferencial de temperatura para producir trabajo útil. Esta máquina toma calor de un foco caliente y convierte parte de esta energía en trabajo, debido a que no toda la energía puede ser convertida en trabajo, hay una energía de desecho que va a apara a un foca una temperatura más baja que la del foco caliente. La siguiente gráfica muestra de forma esquemática como es la operación de una maquina térmica.    




ahora bien, un dispositivo de refrigeración es en esencia una maquina térmica operando de forma inversa, es decir toma calor del foco frió, y lo deposita en el foco caliente. Como las leyes de la termodinámica dictan que el calor solo puede viajar de forma natural desde el foco caliente al frió, hace falta una entrada de trabajo trabajo en el sistema para lograr este propósito. por lo que la gráfica de funcionamiento de un sistema de refrigeración quedaría de la siguiente manera.



Ciclo de Carnot:

Es el ciclo descrito por un fluido de trabajo en el interior de una maquina térmica conocida como máquina de Carnot. Este ciclo es el da más alta eficiencia y completamente reversible, Esto quiere decir que puede operar absorbiendo calor de un foco caliente para producir trabajo y calor de desecho o absorber trabajo para trasportar calor desde un foco un frio a uno mas caliente. Es por ello que el ciclo de Carnot se emplea en los proceso de refrigeración ya que hay que tomar calor de un ambiente a una baja temperatura para entregarlo a un ambiente con mayor temperatura. La siguiente gráfica muestra cuales son las etapas a las que debe ser sometido el fluido para que la maquina opere de manera correcta