Diseño y construcción de la fase de evaporación y compresión, y diseño teórico de la etapa de post-calentamiento de una máquina didáctica para prácticas de laboratorio de refrigeración y transferencia de calor.

Abstract

En el presente documento, se describe el trabajo realizado que consistió en el diseño y construcción de la fase de evaporación y compresión de un sistema didáctico de refrigeración y del diseño teórico de la etapa de post-calentamiento de un sistema de transferencia de calor. Este proyecto surgió debido a la falta de equipos que complementen experimentalmente la enseñanza de conceptos en cursos tales como: termodinámica, transferencia de calor y refrigeración en la Universidad Del Valle de Guatemala. Por tal razón, se propuso el diseño de una máquina didáctica para realizar pruebas de laboratorio sobre refrigeración y transferencia de calor. Para diseñar los sistemas, se realizó una investigación previa sobre los componentes que se podían utilizar para generar una interacción física y teórica de los usuarios con el equipo. Se trabajó el desarrollo de ambos sistemas en conjunto con otro estudiante lo cual, permitió separar en dos partes el sistema de refrigeración y transferencia de calor. La fase de evaporación consistió en diseñar y construir el evaporador, el espacio refrigerado y seleccionar el compresor del sistema de refrigeración. En la etapa de post-calentamiento, se diseñó el post-calentador y se seleccionaron los componentes adicionales del sistema que son los siguiente: bomba de acople magnético, intercambiador de calor de placas soldadas, acumulador, entre otros. Se diseñaron teóricamente puntos de control termodinámicos para obtener resultados del coeficiente total de transferencia de calor del refrigerante utilizado. Se diseñó y construyó una estructura metálica para el montaje de los equipos de ambos sistemas, las dimensiones de toda la máquina son 2.5 m de longitud, 1.80 m de altura y 1 m de profundidad. El resultado teórico del coeficiente de transferencia de calor de los refrigerantes R-134a y R-507a en la etapa de post-calentamiento, fue de 2271.22 W/m^2K and 1671.07W/m^2K. Con esto se demostró que entre ambos fluidos, el R-507a tiene mayor capacidad de extraer calor. Se realizaron pruebas experimentales de refrigeración y se obtuvo como resultado que el evaporador tiene una capacidad de enfriamiento mayor a 384W lo cual, equivale a una temperatura en el espacio refrigerado de 3.6°C. El desempeño del ciclo experimental es menor en comparación con el teórico porque posee un COP más bajo de 1.28 comparado con el ideal de 1.34. (A)