Lab4



















Laboratorio Nº4: Determinación del rendimiento de una bomba de calor


Integrantes
Matías Alaff

Diego Gallegos

Carlos Micolich
Profesor
Cristian Cuevas B.
Ayudante
Lautaro Faúndez

















12 de Junio 2014
Nomenclatura

COP : Coefficient of performance
I : Corriente [A]
m : Masa [kg]
: Flujo másico [kg/s]
: Flujo de calor [W]
t : Temperatura [°C]
V : Voltaje [V]
:Flujo volumétrico [m³/s]
: Potencia [W]

Subíndices

bba : Bomba
ca : Circuito abierto
cc : Circuito cerrado
cond : Condensador
cald : Caldera
ev : Evaporador
en : Entrada
sal : Salida
w : Agua

Símbolos griegos

η : Rendimiento
τ : Tiempo [s]











1 Introducción

Una bomba de calor, como se especificó en el primer laboratorio de la asignatura, es básicamente una maquina térmica quepermite la transferencia de calor desde un ambiente a otro. La finalidad de este trabajo de laboratorio es caracterizar experimentalmente la bomba de calor que se encuentra en el Laboratorio de Termofluidos. Esta máquina y su correspondiente circuito ya han sido descritos, pero es importante mencionar que esta es del tipo agua-agua, con el refrigerante R407C como elemento de transferencia entre las dosfuentes térmicas. La experiencia consta de 6 mediciones de temperaturas realizadas con termocuplas, las cuales fueron procesadas y registradas por un computador, una medición de intensidad y voltaje (valor característico de la red nacional) para obtener el consumo eléctrico de la caldera, una medición del consumo eléctrico del sistema compresor-bomba mediante el registro de la cantidad de vueltaspor segundo que realiza el medidor de corriente y su correspondiente factor de unidad, una medición directa de flujo de agua a través de un flujómetro procesada por el computador y una medición de flujo de agua con el registro de tiempo y masa acumulada en un balde. La determinación del rendimiento de esta máquina térmica (COP) también es uno de los objetivos principales de este laboratorio.2 Desarrollo

2.1 Datos y mediciones.

La figura 1 muestra un esquema de la experiencia realizada, indicando los puntos en donde se midieron los datos que se exponen más adelante.


Figura 1: Esquema de la experiencia.

2.1.1 Circuito cerrado.



Este flujo volumétrico está medido después de salir de la bomba y antes de entrar de la caldera.

Caldera










Evaporador2.1.2 Bomba de calor reversible.



2.1.3 Circuito abierto.




Condensador




2.2 Cálculos y resultados.

2.2.1 Efecto útil de la bomba de calor.

El efecto útil es el calor que sale del condensador. Analizando el balance de energía en el condensador, se determina el calor:



Con:





Por lo tanto:


2.2.2 Potencia del compresor bomba.

Obtenido el valor del factor de conversión, el númerode vueltas y el tiempo, se calcula la potencia de la bomba.





2.2.3 COP del sistema.

Se calcula la razón entre el calor que sale el condensador y la potencia de la bomba.





2.2.4 Flujo de agua que circula por el evaporador a partir del balance en la caldera.

Analizando el balance de energía en la caldera, se determina el flujo de agua del circuito cerrado.



Con




Por otro lado



ConSe calcula el flujo másico medido en el circuito cerrado:



Al comparar ambos valores se pude observar que la diferencia entre ellos es:



Esto puede deberse a que el valor de “Flujo másico medido” lleva consigo de forma implícita los rendimientos del circuito y además las pérdidas que este posee, en contraste con el valor calculado que de por si omite los rendimientos asociados al sistema,las pérdidas de calor al ambiente y perdidas de carga en las cañerías. Este análisis lleva a pensar, en primera instancia, que la relación debiese ser la opuesta, es decir, que el valor “calculado” fuese mayor que el “medido” pero es importante mencionar que el rendimiento asociado a la bomba de calor, y en consecuencia al evaporador, es mayor que la unidad (COP).



2.2.5 Flujo de calor que...