Por Isra Kong :D De la FI UNAM

1. 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.

2. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
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.
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 32

3. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
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
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 33

4. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
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?
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 34

5. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
Medidor de carátula de la izquierda (color azul)
Rango -60[° – 40[°
C] 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[° – 90[°
C] 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]
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6. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
- 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]
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 36

7. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
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]
ࡶ
&
W compresor = -167.44 [࢙]
Actividad 8
Determine el coeficiente de operación de la unidad. No olvide anotar sus unidades.
ࡽࡱࢂ࡭
coeficiente de operación (como refrigerador) = β = ቚ ഥ
ቚ = ૛. ૜૜[૚]
ࢃ࡯ࡻࡹࡼ
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 37

8. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
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 ° 1206 [kg/ ࢓૜ ]
C):
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 ° 0.235 [ ࢓૜ /࢑ࢍ]
C):
Capacidad calorífica a presión constante (Cp)(Gas)(1 atm)(25 ° 0.087 [kJ/mol
C):
Composición química: ࡲ૜ ࡯ − ࡯ࡴ૛ ࡲ
2. ¿En qué condición física la presión del sistema (el refrigerante) determina el valor de
su temperatura?
El refrigerante determina el valor de su temperatura 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 disminución de la otra.
El tetrafluoroetano tienen ciertas propiedades físicas 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
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 38

9. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
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 temperatura 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 decir 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.
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 39

10. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
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.
∆ࢁ = ࡽ + ࢃ
∆ࢁ = ૙
ࡽ+ࢃ=૙
ࡽ = −ࢃ
ࢃ = − න ࡼࢂࢊ࢜
ࡼࢂ = ࢓ࡾࢀ
ࢂ૛
ࢃ = ࢓ࡾࢀ ‫ܖܔ‬
ࢂ૚
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?
ሼܳ ሽ + ሼܹ ሽ = ∆‫ܷ∆ + ݌ܧ∆ + ܿܧ‬
1
ሼܳ ሽ + ሼܹ ሽ = ൬ ݉∆‫ ݒ‬ଶ + ݉݃∆‫ܷ∆ + ݖ‬൰
2
1
ሼܳ ሽ + ሼܹ ሽ = ݉ሺ∆‫ ݒ‬ଶ + ݃∆‫ܷ∆ + ݖ‬ሻ
2
1
ሼܳ ሽ + ሼܹ ሽ = ݉൫ሺ‫ݒ‬ଶ − ‫ݒ‬ଵ ሻ + ݃ሺ‫ݖ‬ଶ − ‫ݖ‬ଵ ሻ + ሺℎଶ − ℎଵ ሻ൯
2
ܵ݅݁݊݀‫ݒ ݏ݁ܿ݊݋ݐ݊݁ ݋‬ଶ = ‫ݒ‬ଵ
ሼܳሽ + ሼܹሽ = ݃ሺ‫ݖ‬ଶ − ‫ݖ‬ଵ ሻ + ሺℎଶ − ℎଵ ሻ
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
|ࡽ࡯ࡻࡺࡰ | −૚૙૙૝૟૝[۸]
ࢼࢉ = = = −૙. ૜[૚]
|ࢃ࡯ࡻࡹࡼ | ૜૜૝ૡૡ૙ [۸]
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 40

11. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
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 aprovechamiento; y la demostración de los
teoremas de Kelvin-Planck y Clausius para las máquinas térmicas.
CARBALLO GONZÁLEZ LUIS GERARDO.
2.-
NARVÁEZ JUÁREZ ISRAEL
3.-
La práctica me hizo comprender el funcionamiento de un refrigerador, como
podemos ver digamos esa “magia” y aplicamos los diferentes ciclos de la termodinámica,
entonces por lo cual la eficiencia del mismo.
PÉREZ RODRÍGUEZ BERNARDO.
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 41

12. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
ANEXO 1
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 42

13. Lab. de Principios de Termodinámica y Electromagnetismo
Gámez L. Rigel, Jaramillo M. Gabriel A., López T. Edgar R. 43