practica bomba de calor
Páginas: 12 (2763 palabras)
Publicado: 1 de mayo de 2013
TERMODINÁMICA
4ª PRÁCTICA DE LABORATORIO
BOMBA DE CALOR MECÁNICA
R514
Laboratorio de termodinámica
Práctica de bomba de calor
1. Objetivos de la práctica de laboratorio.
Empleando la bomba de calor mecánica HILTON R514, disponible en las
instalaciones del Laboratorio de Termodinámica, y siguiendo las directrices del presente
guión, además de las que se comentarán en las clasesde laboratorio, se pretende que el
alumno sea capaz de realizar los siguientes ejercicios:
• Calcular del coeficiente de rendimiento (C.O.P.) para distintas condiciones
de operación.
• Comparar y representar los ciclos real y teórico.
• Realizar los balances de energía correspondientes al compresor y al
condensador.
• Analizar y comentar los resultados obtenidos.
2. Conceptos teóricossobre la bomba de calor.
Una bomba de calor es una máquina cuya función principal es absorber calor de
una fuente de baja calidad, y entregar calor a una temperatura útil, es decir, adecuada
para la calefacción de ambientes o para agua caliente doméstica, aunque en
circunstancias especiales son posibles temperaturas más altas.
Para hacer esto una bomba de calor necesita:
Una entrada decalor de baja calidad (ésta es generalmente "gratis").
Una entrada de energía de alta calidad, en forma de trabajo o de calor a
alta temperatura.
Las bombas de calor reales pueden producir considerablemente más calor que el
tomado como energía de alta calidad y, en circunstancias apropiadas, pueden suministrar
una valiosa contribución a la conservación de energía.
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Laboratorio determodinámica
2.1.
Práctica de bomba de calor
La bomba de calor teórica.
Al igual que un motor teórico, una bomba de calor teórica será reversible interna y
externamente. Hay varios ciclos teóricos de este tipo pero el ciclo invertido de Carnot
es el más conocido.
Los gráficos muestran los componentes y el diagrama T-S correspondientes a una
bomba que opera según el ciclo invertidode Carnot, trabajando con vapor, que se
compone de los siguientes procesos:
1-2: Compresión isentrópica del vapor durante la cual la temperatura
aumenta de TL a TH.
2-3: Eliminación del calor a la región de alta temperatura mientras el vapor se
condensa a alta presión.
3-4: Expansión isentrópica de la alta presión a la baja presión durante la cual
la temperatura disminuye de TH a TL.
4-1:Transferencia de calor desde la región de baja temperatura mientras
tiene lugar la evaporación a baja presión.
La transferencia de calor a la región de alta temperatura es:
QH = TH(S2 - S3)
y la transferencia de calor desde la región de baja temperatura es:
QL = TL(S1 - S4) = TL(S2 - S3)
2
Laboratorio de termodinámica
Práctica de bomba de calor
Según la primera ley de latermodinámica, el trabajo aportado es:
W = QH - QL = (TH – TL)(S2 - S3)
Para una bomba de calor la relación entre el calor entregado y el trabajo aportado
se denomina coeficiente de rendimiento, COP, que para el ciclo invertido de Carnot es:
COP = TH / (TH – TL)
2.2.
El ciclo de compresión de vapor.
Aún si se pudieran lograr los procesos reversibles, una versión práctica del ciclode Carnot no sería atractiva por las siguientes razones:
La compresión en el campo húmedo presentaría problemas prácticos.
La expansión del líquido a alta presión, a vapor húmedo a baja presión
también presentaría problemas prácticos. Además la pequeña generación
de
trabajo
disponible
a
partir
de
la
expansión
no
reduciría
significativamente la aportación netade trabajo al ciclo.
En bombas de calor reales, la compresión generalmente tiene lugar en el campo
recalentado y un proceso de estrangulamiento sustituye a la expansión isentrópica.
2.2.1. El ciclo teórico de compresión de vapor.
En las figuras siguientes se muestran la maquina teórica y el diagrama T-S para el
ciclo de compresión de vapor.
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Laboratorio de termodinámica...
4ª PRÁCTICA DE LABORATORIO
BOMBA DE CALOR MECÁNICA
R514
Laboratorio de termodinámica
Práctica de bomba de calor
1. Objetivos de la práctica de laboratorio.
Empleando la bomba de calor mecánica HILTON R514, disponible en las
instalaciones del Laboratorio de Termodinámica, y siguiendo las directrices del presente
guión, además de las que se comentarán en las clasesde laboratorio, se pretende que el
alumno sea capaz de realizar los siguientes ejercicios:
• Calcular del coeficiente de rendimiento (C.O.P.) para distintas condiciones
de operación.
• Comparar y representar los ciclos real y teórico.
• Realizar los balances de energía correspondientes al compresor y al
condensador.
• Analizar y comentar los resultados obtenidos.
2. Conceptos teóricossobre la bomba de calor.
Una bomba de calor es una máquina cuya función principal es absorber calor de
una fuente de baja calidad, y entregar calor a una temperatura útil, es decir, adecuada
para la calefacción de ambientes o para agua caliente doméstica, aunque en
circunstancias especiales son posibles temperaturas más altas.
Para hacer esto una bomba de calor necesita:
Una entrada decalor de baja calidad (ésta es generalmente "gratis").
Una entrada de energía de alta calidad, en forma de trabajo o de calor a
alta temperatura.
Las bombas de calor reales pueden producir considerablemente más calor que el
tomado como energía de alta calidad y, en circunstancias apropiadas, pueden suministrar
una valiosa contribución a la conservación de energía.
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Laboratorio determodinámica
2.1.
Práctica de bomba de calor
La bomba de calor teórica.
Al igual que un motor teórico, una bomba de calor teórica será reversible interna y
externamente. Hay varios ciclos teóricos de este tipo pero el ciclo invertido de Carnot
es el más conocido.
Los gráficos muestran los componentes y el diagrama T-S correspondientes a una
bomba que opera según el ciclo invertidode Carnot, trabajando con vapor, que se
compone de los siguientes procesos:
1-2: Compresión isentrópica del vapor durante la cual la temperatura
aumenta de TL a TH.
2-3: Eliminación del calor a la región de alta temperatura mientras el vapor se
condensa a alta presión.
3-4: Expansión isentrópica de la alta presión a la baja presión durante la cual
la temperatura disminuye de TH a TL.
4-1:Transferencia de calor desde la región de baja temperatura mientras
tiene lugar la evaporación a baja presión.
La transferencia de calor a la región de alta temperatura es:
QH = TH(S2 - S3)
y la transferencia de calor desde la región de baja temperatura es:
QL = TL(S1 - S4) = TL(S2 - S3)
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Laboratorio de termodinámica
Práctica de bomba de calor
Según la primera ley de latermodinámica, el trabajo aportado es:
W = QH - QL = (TH – TL)(S2 - S3)
Para una bomba de calor la relación entre el calor entregado y el trabajo aportado
se denomina coeficiente de rendimiento, COP, que para el ciclo invertido de Carnot es:
COP = TH / (TH – TL)
2.2.
El ciclo de compresión de vapor.
Aún si se pudieran lograr los procesos reversibles, una versión práctica del ciclode Carnot no sería atractiva por las siguientes razones:
La compresión en el campo húmedo presentaría problemas prácticos.
La expansión del líquido a alta presión, a vapor húmedo a baja presión
también presentaría problemas prácticos. Además la pequeña generación
de
trabajo
disponible
a
partir
de
la
expansión
no
reduciría
significativamente la aportación netade trabajo al ciclo.
En bombas de calor reales, la compresión generalmente tiene lugar en el campo
recalentado y un proceso de estrangulamiento sustituye a la expansión isentrópica.
2.2.1. El ciclo teórico de compresión de vapor.
En las figuras siguientes se muestran la maquina teórica y el diagrama T-S para el
ciclo de compresión de vapor.
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