refrigeracion termoacustica
Páginas: 59 (14526 palabras)
Publicado: 15 de octubre de 2014
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN SISTEMA DE
REFRIGERACIÓN TERMOACÚSTICO
TABLA DE CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN
21
1. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
22
1.1 TIPOS DE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
22
1.1.1 Sistemas de refrigeración termomecánicos
23
1.1.2 Sistemas de refrigeración termoeléctricos
24
1.1.3 Sistema de refrigeración termomagnéticos
26
1.1.4 Sistema derefrigeración termoacústicos
27
2. CONCEPTOS BASICOS DE TERMOACÚSTICA
34
2.1 TERMODINÁMICA APLICADA A LA TERMOACÚSTICA
34
2.1.1 Rendimiento termodinámico
34
2.1.2 Coeficiente de Rendimiento Termodinámico
36
2.2 ACUSTICA
37
2.2.1 Onda Estacionaria
38
2.2.2 Frecuencia de Resonancia
39
2.2.3 Presión Acústica
40
2.3 ECUACIONES FUNDAMENTALES PARA LA PILATERMOACÚSTICA
42
2.3.1 Ecuación de Rott
42
2.3.3 Potencia acústica usada en un segmento de la pila
47
2.3.4 Flujo de energía en la pila
48
2.4 GAS DE TRABAJO
50
2.4.1 Profundidad de penetración
51
2.4.2 Número de Prandtl
51
2.5 COMPONENTES FISICOS
52
2.5.1 Pila
52
2.5.2 Resonador
55
2.5.3 Parlante
56
2.5.4 Intercambiadores de calor56
3. DISEÑO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN TERMOACÚSTICO
57
9
3.1 METODO Y APROXIMACIONES
57
3.1.1 Flujo de calor y potencia acústica normalizados
59
3.2 DISEÑO Y SELECCIÓN DE COMPONENTES DEL REFRIGERADOR TERMOACUSTICO
65
3.2.1 PARÁMETROS DE OPERACIÓN
66
3.3 DISEÑO DE LA PILA TERMOACUSTICA
70
3.3.1 Posición y longitud de la pila
70
3.3.2 Áreatrasversal de la pila termoacústica
74
3.3.3 Efectos de la variación de la profundidad de penetración térmica
75
3.3.4 Efectos de la variación de la relación de bloqueo
76
3.3.4 Efectos de la variación del delta de temperatura en los lados de la pila
77
3.4 DISEÑO DEL RESONADOR
78
3.4.1 Longitud del resonador
78
3.4.2 Diámetro y material del resonador
79
3.5 DISEÑODE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
80
3.6 SELECCIÓN DEL PARLANTE
81
4. CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DEL REFRIGERADOR TERMOACÚSTICO
82
4.1 BRIDAS
82
4.1.1 Empaques
83
4.1.2 Pernos
83
4.3 FINALES DE TUBERÍA “CAP”
83
4.4 SISTEMA DE SUMINISTRO DE HELIO E IGUALACIÓN DE PRESIÓN
83
4.5 ENSAMBLAJE DE LAS PARTES DEL REFRIGERADOR TERMOACUSTICO
84
5. PRUEBAS,MEDICIONES Y RESULTADOS
87
5.1 SISTEMAS AUXILIARES UTILIZADOS
87
5.1.1 SISTEMA DE ADQUISICION DE DATOS
87
5.1.2 GENERADOR DE SEÑALES
87
5.1.3 AMLIFICADOR DE POTENCIA DE AUDIO
88
5.1.4 BOMBA DE VACIO
89
5.1.5 COMPRESOR
90
5.2 PRUEBA DE DETECCIÓN DE FUGAS
90
10
5.3 MEDICIONES
91
5.3.1 PRUEBA CON HELIO Y ANALISIS DE RESULTADOS
91
5.3.2PRUEBA CON AIRE Y ANALISIS DE RESULTADOS
95
5.3.3 EFICIENCIA DEL PARLANTE
96
CONCLUSIONES
98
RECOMENDACIONES
100
BIBLIOGRAFIA
102
ANEXOS
104
11
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Parámetros normalizados de operación, pila y gas
59
Tabla 2. Propiedades del aire y el helio a
67
y
Tabla 3. Propiedades del material Celcor
68
Tabla 4. Datos usados enlos cálculos
71
Tabla 5. Características de la bomba de vacío
89
Tabla 6. Datos obtenidos en la prueba con helio
92
12
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Esquema de un sistema de refrigeración
22
Figura 2. Esquema de un sistema de refrigeración por compresión vapor
23
Figura 3. Esquema del efecto Peltier
24
Figura 4. Esquema de un refrigerador termoeléctrico
25Figura 5. Ciclo de refrigeración termomagnética
26
Figura 6. Tubo de Higgins “El canto de las llamas”
28
Figura 7. Tubo de Rijke
29
Figura 8. Tubo de Sondhauss
30
Figura 9. Representación esquemática de un refrigerador termoacústico
31
Figura 10. Representación de los procesos de refrigeración por efecto termoacústico en la
pila
32
Figura 11. Esquema de un...
REFRIGERACIÓN TERMOACÚSTICO
TABLA DE CONTENIDO
pág.
INTRODUCCIÓN
21
1. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
22
1.1 TIPOS DE SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN
22
1.1.1 Sistemas de refrigeración termomecánicos
23
1.1.2 Sistemas de refrigeración termoeléctricos
24
1.1.3 Sistema de refrigeración termomagnéticos
26
1.1.4 Sistema derefrigeración termoacústicos
27
2. CONCEPTOS BASICOS DE TERMOACÚSTICA
34
2.1 TERMODINÁMICA APLICADA A LA TERMOACÚSTICA
34
2.1.1 Rendimiento termodinámico
34
2.1.2 Coeficiente de Rendimiento Termodinámico
36
2.2 ACUSTICA
37
2.2.1 Onda Estacionaria
38
2.2.2 Frecuencia de Resonancia
39
2.2.3 Presión Acústica
40
2.3 ECUACIONES FUNDAMENTALES PARA LA PILATERMOACÚSTICA
42
2.3.1 Ecuación de Rott
42
2.3.3 Potencia acústica usada en un segmento de la pila
47
2.3.4 Flujo de energía en la pila
48
2.4 GAS DE TRABAJO
50
2.4.1 Profundidad de penetración
51
2.4.2 Número de Prandtl
51
2.5 COMPONENTES FISICOS
52
2.5.1 Pila
52
2.5.2 Resonador
55
2.5.3 Parlante
56
2.5.4 Intercambiadores de calor56
3. DISEÑO DEL SISTEMA DE REFRIGERACIÓN TERMOACÚSTICO
57
9
3.1 METODO Y APROXIMACIONES
57
3.1.1 Flujo de calor y potencia acústica normalizados
59
3.2 DISEÑO Y SELECCIÓN DE COMPONENTES DEL REFRIGERADOR TERMOACUSTICO
65
3.2.1 PARÁMETROS DE OPERACIÓN
66
3.3 DISEÑO DE LA PILA TERMOACUSTICA
70
3.3.1 Posición y longitud de la pila
70
3.3.2 Áreatrasversal de la pila termoacústica
74
3.3.3 Efectos de la variación de la profundidad de penetración térmica
75
3.3.4 Efectos de la variación de la relación de bloqueo
76
3.3.4 Efectos de la variación del delta de temperatura en los lados de la pila
77
3.4 DISEÑO DEL RESONADOR
78
3.4.1 Longitud del resonador
78
3.4.2 Diámetro y material del resonador
79
3.5 DISEÑODE LOS INTERCAMBIADORES DE CALOR
80
3.6 SELECCIÓN DEL PARLANTE
81
4. CONSTRUCCIÓN Y MONTAJE DEL REFRIGERADOR TERMOACÚSTICO
82
4.1 BRIDAS
82
4.1.1 Empaques
83
4.1.2 Pernos
83
4.3 FINALES DE TUBERÍA “CAP”
83
4.4 SISTEMA DE SUMINISTRO DE HELIO E IGUALACIÓN DE PRESIÓN
83
4.5 ENSAMBLAJE DE LAS PARTES DEL REFRIGERADOR TERMOACUSTICO
84
5. PRUEBAS,MEDICIONES Y RESULTADOS
87
5.1 SISTEMAS AUXILIARES UTILIZADOS
87
5.1.1 SISTEMA DE ADQUISICION DE DATOS
87
5.1.2 GENERADOR DE SEÑALES
87
5.1.3 AMLIFICADOR DE POTENCIA DE AUDIO
88
5.1.4 BOMBA DE VACIO
89
5.1.5 COMPRESOR
90
5.2 PRUEBA DE DETECCIÓN DE FUGAS
90
10
5.3 MEDICIONES
91
5.3.1 PRUEBA CON HELIO Y ANALISIS DE RESULTADOS
91
5.3.2PRUEBA CON AIRE Y ANALISIS DE RESULTADOS
95
5.3.3 EFICIENCIA DEL PARLANTE
96
CONCLUSIONES
98
RECOMENDACIONES
100
BIBLIOGRAFIA
102
ANEXOS
104
11
LISTA DE TABLAS
Tabla 1. Parámetros normalizados de operación, pila y gas
59
Tabla 2. Propiedades del aire y el helio a
67
y
Tabla 3. Propiedades del material Celcor
68
Tabla 4. Datos usados enlos cálculos
71
Tabla 5. Características de la bomba de vacío
89
Tabla 6. Datos obtenidos en la prueba con helio
92
12
LISTA DE FIGURAS
Figura 1. Esquema de un sistema de refrigeración
22
Figura 2. Esquema de un sistema de refrigeración por compresión vapor
23
Figura 3. Esquema del efecto Peltier
24
Figura 4. Esquema de un refrigerador termoeléctrico
25Figura 5. Ciclo de refrigeración termomagnética
26
Figura 6. Tubo de Higgins “El canto de las llamas”
28
Figura 7. Tubo de Rijke
29
Figura 8. Tubo de Sondhauss
30
Figura 9. Representación esquemática de un refrigerador termoacústico
31
Figura 10. Representación de los procesos de refrigeración por efecto termoacústico en la
pila
32
Figura 11. Esquema de un...
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