Carnot inverso

LABORATORIO DE BALANCES Y TERMODINÁMICA QUÍMICA CICLO DE CARNOT INVERSO

I. OBJETIVOS: • • • • Estudiar un ciclo de refrigeración, conociendo la relación de éste con el Ciclo de Carnot Inverso. Aprender a usar Diagramas de Presión contra Entalpía para representar ciclos termodinámicos. Plantear un balance de energía evaluando el cumplimiento de la conservación de ésta. Analizar las diferenciasentre un ciclo de refrigeración teórico y uno experimental.

II. INTRODUCCIÓN: La refrigeración es muy conocida por su aplicación en los equipos de aire acondicionado para edificios y para la producción, transportación y preservación de alimentos y bebidas. También tiene grandes aplicaciones en la industria como la producción de hielo y la deshumidificación de gases. Algunas aplicacionesimportantes dentro de la Petroquímica incluye la purificación de aceite lubricante, reacciones a bajas temperaturas, separación de hidrocarburos volátiles, entre otros. Y por supuesto una de las aplicaciones comerciales mas importantes es la licuefacción de gases. La palabra refrigeración implica el mantenimiento de una temperatura menor que la de los alrededores. Esto requiere de una continua absorciónde calor a un nivel de temperatura bajo, lo cual se logra por la evaporación de un líquido bajo un proceso continuo a régimen permanente. El vapor generado deberá regresar a su estado líquido original para ser nuevamente evaporado. Esto se logra por uno de dos métodos, donde en el primero se somete a una compresión y luego a una condensación; mientras que en el segundo método el vapor es absorbidopor un líquido de baja volatilidad, a partir del cual es evaporado a alta presión. El ciclo de Carnot Inverso es considerado como el estándar de comparación dentro de los ciclos de refrigeración existentes, dado que por ser ideal da el rendimiento máximo posible por un proceso cíclico. Este será el patrón de comparación al evaluar eficiencia y operación de todos aquellos ciclos mecánicos realesque transforman el calor o energía internas en trabajo mecánico. El ciclo de Carnot Inverso está compuesto por cuatro procesos totalmente reversibles que se ilustran en la figura que se muestra a continuación:

Condensador

4
Expansor

3
Compresor

1
Evaporador

2

Figura 1. Ciclo de Carnot Inverso. 1) Una evaporación isobárica e isotérmico de 1 a 2 a una temperatura T2 donde sesuministra al fluido una cantidad de calor Q. 2) Una comprensión isoentrópica o adiabática donde el refrigerante pasa de una temperatura T2 a una T3 (donde T3 > T2) al relizar un trabajo sobre el gas. 3) Una condensación isobárica e isotérmico de 3 a 4 a una temperatura T4 , al ceder una cantidad de calor Q al receptor. 4) Una expansión isoentrópica o adiabática donde el fluido pasa de una temperaturaT4 hasta la inicial T1 (donde T4 > T1).

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Para obtener un ciclo de refrigeración en la práctica se emplea una bomba calorimétrica, donde el líquido a evaporar a presión constante, permite absorber calor a temperatura constante. Este líquido refrigerante puede ser desde un glicoléter o producto halogenado hasta agua, dependiendo de las condiciones de operación requeridas y la aplicaciónindustrial. Para el caso particular de esta práctica se emplea el Freón 12 (Diclorodifluorometano). El ciclo de refrigeración de compresión de vapor que se efectúa en una bomba calorimétrica, realiza los siguientes procesos reversibles sobre la sustancia refrigerante: 1) Una evaporación donde se suministra calor poniendo en contacto indirecto una sustancia mas caliente con el refrigerante. Estecomienza a hervir y pasa a fase vapor. 2) Ya en fase de vapor, este se introduce a un compresor de donde sale a mayor presión y temperatura. 3) El vapor comprimido pasa por un condensador, en donde se pone en contacto indirecto (ej. serpentín) con un fluido de menor temperatura. Durante este proceso el refrigerante cede calor logrando así su condensación. 4) Esta mezcla de vapor y líquido se pasa por...