Bomba de calor formato para practicas PDF

Preview

Summary

PrácticaBomba de calorCUESTIONARIO INTRODUCTORIOLea la siguiente práctica y conteste las preguntas siguientes. ¿Qué quiere decir el primer principio de la termodinámica? ¿Qué quiere decir el segundo principio de la termodinámica? ¿Qué es calor? ¿Qué es entalpia? ¿Como se calcula la presión absoluta?...

Description

Práctica Bomba de calor

CUESTIONARIO INTRODUCTORIO Lea la siguiente práctica y conteste las preguntas siguientes. 1. ¿Qué quiere decir el primer principio de la termodinámica? 2. ¿Qué quiere decir el segundo principio de la termodinámica? 3. ¿Qué es calor? 4. ¿Qué es entalpia? 5. ¿Como se calcula la presión absoluta? 6. ¿Qué es lo que hace una bomba de calor? INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS La práctica bomba de calor busca encontrar datos sobre el funcionamiento del dispositivo bomba de calor y aprender sobre varios conceptos de la termodinámica mediante su uso. Como resultado se podrá encontrar datos de rendimiento, como lo es el COP (coefficient of performance) que es muy importante y nos dice cómo será su desempeño. Objetivo general: Entender el funcionamiento del dispositivo bomba de calor. Entender conceptos básicos de la termodinámica. Después de realizar este experimento y el análisis de los datos, el estudiante debe ser capaz de: 1. Entender diagramas P-h y encontrar datos. 2. Realizar cálculos que le ayuden a encontrar el desempeño de una maquina térmica 3. Explicar que es la entalpia, calor y trabajo. EQUIPO Y MATERIAL NECESARIO Dispositivo bomba de calor. 2 termómetros. Agua destilada. Glicol.

Grafica presión-entalpia del R-134a. TEORÍA En la realización de esta práctica son necesarios los siguientes conceptos •

Primer principio de la termodinámica

Un sistema termodinámico puede intercambiar energía con su entorno en forma de trabajo y de calor, y acumula energía en forma de energía interna. •

Segundo principio de la termodinámica

No es posible que el calor fluya desde un cuerpo frío hacia un cuerpo más caliente, sin necesidad de producir ningún trabajo que genere este flujo. La energía no fluye espontáneamente desde un objeto a baja temperatura, hacia otro objeto a más alta temperatura. •

Entalpia

Es el calor de una sustancia a presión constante y se denota por la letra H. Esta propiedad de las sustancias permite calcular el calor que es cedido o ganado por una reacción en particular. •

Calor

Es el calor de una sustancia a presión constante y se denota por la letra H. Esta propiedad de las sustancias permite calcular el calor que es cedido o ganado por una reacción en particular. •

Bomba de calor

Es una máquina térmica que toma calor de un espacio frío y lo transfiere a otro más caliente gracias a un trabajo aportado desde el exterior, es decir, hace lo mismo exactamente que la máquina frigorífica, lo único que cambia es el objetivo. En la máquina frigorífica el objetivo es enfriar y mantener frío el espacio frío. La bomba de calor, sin embargo, tiene como objetivo aportar calor y mantener caliente el espacio caliente. •

Presión absoluta

El concepto de presión absoluta se aplica al valor de presión referido al cero absoluto o vacío. Este valor indica la presión total a la que está sometido un cuerpo o sistema, considerando el total de las presiones que actúan sobre él. En el experimento bomba de calor se utiliza el refrigerante 134a, este realiza un recorrido por las tuberías en el que pasa del estado líquido al vapor y viceversa. el siguiente diagrama muestra ese recorrido

Ilustración 1 el R-134ª

recorrido que hace

El refrigerante mencionados dispositivo bomba pase por diferentes temperaturas la siguiente grafica explica esos cambios.

pasa por los estados porque el de calor hace que presiones y

Ilustración 2 diagrama P-h En esta grafica se pueden observar que hay 5 puntos importantes. El punto 3 este dado por la intersección entre la presión 1 y la temperatura T2. El punto 4 en la intersección entre la presión 2 y la temperatura T2. El punto 5 se encuentra en la intersección entre el punto crítico se vapor saturado y la presión 3. El punto 1 está en la intersección entre la presión 2 y la temperatura T1. Y finalmente el punto 2 lo encontramos con la intersección de la presión 1 y la diagonal de volumen especifico del punto 1. de estos puntos extraemos la información de las entalpias. Con los datos obtenidos se pueden realizar los siguientes cálculos. 1. Cálculo de la potencia especifica intercambiada por la instalación.  Potencia frigorífica especifica proporcionada por el banco w 1=h5−h 4  Potencia especifica transferida al condensador w 2=h2−h3  Potencia especifica absorbida por el compresor w 3=h2−h1

2. Cálculo del rendimiento indicado del ciclo frigorífico. El rendimiento se obtiene de la relación entre la potencia frigorífica especifica proporcionada por el banco y la potencia especifica absorbida por el compresor w1 EER1= w3 3. Cálculo del rendimiento indicado de la bomba de calor. El rendimiento de obtiene de la relación entre la potencia especifica transferida al condensador y la potencia especifica absorbida por el compresor w2 COP1= w3 4. Cálculo del rendimiento volumétrico de compresión y del caudal volumétrico del refrigerante aspirado por el compresor.  Rendimiento volumétrico de compresión. ƞ=1−( V 0 . r c ) Donde V 0 es el espacio nocivo entre 3 y 8% y r c es la razón de compresión. P1 rc= P2 Donde P1 es la presión absoluta en el condensador y P2 la presión absoluta en el evaporador.  Caudal volumétrico del fluido aspirado por el compresor. V 1=ƞ . V g Donde V g es caudal volumétrico calculado por el compresor y que 3 para esta bomba de calor es V g =0.62 m /h 5. Cálculo del caudal masivo del fluido refrigerante. m=ρ1 .V 1 Donde ρ1 es la densidad del vapor e el punto 1 del diagrama P-h y que puede encontrarse obteniendo el inverso del volumen especifico.

6. Cálculo de la potencia intercambiada por la instalación en correspondencia de evaporador condensador y compresor  Potencia frigorífica producida por la instalación. Esta resulta del producto entre la potencia especifica producida (w1) y el caudal masivo del refrigerante (m). 1h W 1=w 1 . m. 3600 s





Potencia transferida al condensador. Esta resulta del producto entre la potencia especifica transferida (w2) y el caudal masivo del refrigerante. 1h W 2=w 2. m. 3600 s Potencia teórica absorbida por el compresor. Resulta del producto entre la potencia especifica absorbida (w3) y el caudal masivo del refrigerante. 1h W 3=w 3 .m . 3600 s

7. Cálculo del rendimiento total del banco que funciona como enfriador. Es el resultado de la relación entre la potencia frigorífica producida (W1) y la absorción eléctrica real (que en el caso de esta bomba de calor es de 82 W). W1 EER 2= 82W 8. Cálculo del rendimiento total del banco que funciona como bomba de calor. Es el resultado de la relación entre la potencia térmica producida y la absorción eléctrica real. COP2=

W2 82 W

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL Primero se tiene que realizar la instalación de la bomba de calor:  



 

Agregamos agua destilada al condensador hasta que cubra las tuberías por las que pasa el refrigerante Hacer una mezcla de agua-glicol que tenga una concentración de 25%. Vaciar la mezcla en el evaporador, es necesario que también cubra las tuberías Posicionar los termómetros en las ranuras que tienen las tuberías. El primero después del dispositivo de expansión (en las líneas de aspiración del compresor), y el segundo antes del dispositivo de expansión (después de salir del condensador) Encender el compresor Cuando los manómetros lleguen a la presión de funcionamiento de la bomba de calor (0.1 MPa en el de baja presión y 1MPa en el de alta presión) apagar el compresor y tomar las medidas de temperatura de los termómetros.

Ejercicios: Con los datos de temperatura y presión se grafican los cinco puntos en la gráfica presión-entalpia y se realizan los siguientes ejercicios.

MEDICIONES Y CÁLCULOS 1. Llenar la siguiente tabla con los valores obtenidos de la instalación de la boba de calor. Temperaturas (˚C) T1 T2

Presiones manométricas (MPa) Pm1 Pm2

Presiones absolutas (MPa) P1 P2 2. Llenar la siguiente tabla con los datos que se obtengan de la gráfica de P-h del R134a. Entalpias (kJ/kg) h1 h2 h3 h4 h5

3. Encontrar el rendimiento indicado del ciclo frigorífico (EER 1) y el rendimiento indicado por la bomba de calor (COP1). (Cálculos)

4. Encontrar el rendimiento total del banco que funciona como enfriador (EER2) y el rendimiento total del banco que funciona como bomba de calor (COP2). Grafica de P-h del R-134a

2. ¿Qué nos dice el COP?...