Presentación del ejercicio

Este ejercicio muestra como modelar con Thermoptim un ciclo de refrigeración. Se centra alrededor del estudio de un grupo de refrigeración de agua de 100 kW, utilizado para conservar alimentos a temperaturas de algunos grados Celsius.

Este ejercicio se compone de varias partes:

• El esquema de instalación
• El esquema es transferido al simulador y caracterizado
• El ciclo es trazado en el diagrama entrópico, y comparado cualitativamente con el diagrama de Carnot
• Se muestra como estimar el impacto de un cambio de fluido sobre el desempeño termodinámico, el R12 es remplazado por R134a

Ejercicio Grupo Frigorífico

• Grupo enfriador de agua de 100 kW
• Fluido : R12
• Presión de envaporación : 3 bar
• Presión de condensación : 10 bar
• Flujo de refrigerante : 0,836 kg/s
• Eficiencia isentrópica de la compresión : 0,75
• Sobrecalentamiento en la aspiración : 5 °C
• Subenfriamiento : 5 °C

Iniciando Thermoptim

• dos pantallas al arrancar

• editor de esquemas

• simulador

Thermoptim

Thermoptim

Thermoptim

Thermoptim

• Esquema del grupo frigorífico
• Compresor
• Condensador, Enfriador
• Expansión
• Evaporador

Thermoptim

Thermoptim

• interfaz esquema-simulador

Thermoptim

Caracterización del modelo

Luego de que los elementos son creados en el simulador, Thermoptim inicializa todos los puntos con una presión de 1 bar y una temperatura de 300 K. Por lo que se deben cambiar en función del problema que usted estudia.

Las dos actividades que siguen le mostrarán cómo caracterizar los puntos y las transformaciones.

Caracterización de puntos

• dobleclic sobre un lazo orientado (flecha) o sobre una línea de la tabla de puntos
• estado de una pequeña partícula de materia

Parametrización de los procesos

• dobleclic sobre un componente
• evolución de la relación caudal-masa de fluido

Caracterización de puntos y de transformaciones

Caracterice uno a uno los diferentes puntos, teniendo en cuenta de colocar correctamente los valores de las temperaturas y de las presiones, porque Thermoptim no las determina automáticamente. Proceda como se indica a continuación:

• Abra el punto a la salida del evaporador (R12 estado de vapor) y coloque una presión de 3 bar y escoja la opción “imponer la temperatura de saturación”, con una calidad igual a 1 y una diferencia de temperatura con respecto a Tsat de 5 ºC, luego haga clic en “Calcular”.
• En el punto a la salida del compresor coloque una presión de 10 bar y luego haga clic en “Calcular”.
• Abra el punto de salida del enfriador y coloque una presión de 10 bar, a la temperatura de saturación (41.7 ºC) con una calidad de 1, seguido haga clic en “Calcular”.
• Abra el punto de salida del condensador con las mismas condiciones, y una calidad de 0 y una diferencia de temperatura con respecto a Tsat de -5 ºC, y calcule.
• Abra el punto después de la expansión y coloque la presión igual a 3 bar, seguido calcule.

Caracterice las transformaciones aplicando las siguientes opciones:

Abra el compresor, con una eficiencia isentrópica de 0.75 y luego haga clic en “Calcular”, lo que determina la temperatura del punto de salida (62.4 ºC).

Abra el enfriador y el condensador y haga clic en “Calcular”. Siendo conocidas las temperaturas de los puntos aguas arriba y aguas abajo, los calores son calculados.

Abra la expansión y haga clic en “Calcular”, lo que determina el punto de salida a la temperatura de saturación (-0.81 ºC) y una calidad de 0.24.

Abra el evaporador, el cual se puede calcular ahora que los puntos de entrada y salida son conocidos.

El cálculo del balance global del ciclo toma en cuenta el tipo de energía, el cual se explica en la actividad a continuación.

Tipo de energía

• Haga doble clic sobre el tipo de energía

Balance

• R12
• -1°C
• 41°C
• 3 / 10 bar
• η = 0.75
• COP = 4

Ciclo sobre diagrama (T,s)

• Interfaz diagrama simulador

Ciclo sobre diagrama (T,s)

Ciclo sobre diagrama (T,s)

Ciclo sobre diagrama (T,s)

Ciclo sobre diagrama (T,s)

Ciclo sobre diagrama (T,s)

Ciclo sobre diagrama (h,P)

Comparison with Carnot cycle

Cambio del fluido de refrigeración

El modelo que usted ha construido le ha permitido de calcular con precisión el desempeño de la máquina estudiada. Nosotros hemos considerado R12 como fluido, pero su utilización está prohibida desde 1994 por el Protocolo de Montreal. En las etapas siguientes usted podrá observar la facilidad con la que podemos cambiar el tipo de fluido en Thermoptim.

Los archivos corregidos del ejercicio están contenidos en el archivo que se puede descargar desde el enlace en la parte inferior de esta página.

El interés de modelar los ciclos en un programa es que las propiedades de los ciclos son calculadas con precisión y sin ninguna dificultad. Una vez el modelo es puesto a punto, usted puede volver a caracterizarlo muy fácilmente, lo que le permite proceder de manera rápida a estudios sobre la influencia de diversos parámetros.

Esta manera de trabajar puede presentar un peligro: que usted no sea capaz de criticar los valores entregados por el programa al entregarle una confianza excesiva a los resultados que éste entrega.

Puede suceder que el modelo no esté bien construido y que sus resultados no sean los justos, se debe saber diagnosticar este tipo de errores. Para esto, es deseable usted sea capaz de controlar por usted mismo sus resultados.

Usted encontrará aquí un enlace “Méthodologie de construction et de vérification des modèles” (solamente en francés e inglés) destinado a entregar a los usuarios de Thermoptim una cantidad de recomendaciones basadas en la experiencia.

• Correción del ejercicio (zip, 7 Ko)
• Méthodologie de construction et de vérification des modèles (pdf, 96 Ko)
• Methodology of model construction and checking (pdf, 85 Ko)

Thermoptim

Balance del nuevo ciclo

• R134a
• -1°C
• 41°C
• 2,85/10,65 bar
• η = 0.75
• COP = 4