Practica maquinas termicas

PRÁCTICA
16
 MÁQUINAS
TÉRMICAS




OBJETIVO

Análisis
 del
 ciclo
 de
 refrigeración
 por
 compresión
 en
 un
 diagrama
 de
 Mollier.
 Determinación
 de
 la
 eficiencia
frigorífica
por
procedimientos
calorimétricos.





MATERIAL
NECESARIO



! ! ! ! ! ! Máquina
frigorífica
 Termómetro
digital
 Diagrama
p‐h
(R134A)
 Vatímetro
 2
manómetros
 4
termopares
 ! ! ! ! ! 2
calorímetros

Agitador

 Vasos
de
precipitados

 Probeta
graduada

 Jeringuilla



 INTRODUCCIÓN
TEÓRICA

Las
 máquinas
 frigoríficas
 son
 dispositivos
 que
 transfieren
energía
en
forma
de
calor
desde
una
 sustancia
 a
 otra
 que
 se
 encuentra
 a
 mayor
 temperatura.
El
dispositivo
real
que
realiza
esta
 transferencia
de
calor
requiere
el
suministro
de
 una
energía
adicional
en
forma
de
trabajo,
como
 indica
la
 figura
 1.
 Desde
 el
 punto
 de
 vista
 termodinámico
no
existe
diferencia
alguna
entre
 un
 dispositivo
 refrigerador
 (o
 máquina
 frigorífica)
 y
 una
 bomba
 de
 calor
 (o
 bomba
 térmica).
La
diferencia
se
debe
al
propósito
que
 se
 pretende
 conseguir
 en
 este
 proceso.
 Siendo
 T 

 2 > T1
 y
representando
los
valores
absolutos
de
 las
cantidades
de
calor
y
el
trabajo
por
 

 1 ,
 

2 
 y
 Q Q W Q 

 ,
respectivamente,
se
cumple:


 2 = Q1 +W .
 



 Figura
1.‐
Esquema
de
una
máquina
frigorífica
o
 bomba
de
calor.


€

€

€ € Recibe
el
nombre
de
eficiencia
(o
rendimiento),
 β ,
el
cociente
de
dividir
lo
que
se
pretende
obtener
por
el
 € trabajo
que
tenemos
que
suministrar
para
su
funcionamiento.
Por
lo
tanto:


 
 El
ciclo
de
refrigeración
 € En
 la
 figura
 2
 se
muestra
 el
 sistema
 de
 refrigeración
 por
 compresión
 mecánica
 del
 vapor
 y
 la
 representación
 termodinámica
 del
 ciclo
 en
 un
 diagrama
 TS.
 En
 este
 sistema
 existen
 sólo
 dos
 niveles
 de
 presión
 y
 consta
 de
 cuatro
 elementos
 fundamentales:
 compresor,
 condensador,
 válvula
 de
 expansión
 y


Q β frigorif = 1 , W € 



βbomba =

Q2 Q1 +W = = β frigorif + 1 

 W W


(1)





16
‐
1


evaporador.
El
calor
se
cede
o
se
absorbe
a
presión
constante
dentro
de
la
curva
de
saturación,
de
manera
 que
el
fluido
de
trabajo
realiza
dos
cambios
de
estado.


W El
vapor
en
b
se
comprime
de
 

 1
 a
 

 2 ,
alcanzándose
el
punto
c
(el
compresor
realiza
un
trabajo
 

 ).
El
 p p vapor
se
condensa
a
presión
constante
en
el
condensador,
cediendo
un
calor


2.
El
líquido
condensado
en
 Q el
proceso
isobárico
c­d,
se
expansiona
por
efecto
Joule‐Kelvin
(J‐K),
sin
trabajo
externo
alguno,
de
 

 2 
 a
 p p € € € 

 1,
y
se
alcanza
el
punto
a,
que
es
una
mezcla
de
mucho
líquido
y
poco
vapor.
En
el
proceso
a­b,
a
presión
 y
temperatura
constantes,
se
produce
la
evaporación
de
todo
el
líquido,
absorbiéndose
un
calor


 1 .
 Q €
€ € €


Figura
2.‐
Ciclo
de
refrigeración
por
compresión
y
diagrama
TS
del
mismo.
 El
proceso
de
expansión
por
efecto
J‐K
es
irreversible
i
no
se
puede
representar
en
el
diagrama
TS,
pero
el
 estado
 del
 punto
 final
 es
 conocido
 porque,
 en
 estas
 circunstancias,
 la
 entalpía
 del
 fluido
 después
 de
 la
 válvula
(punto
a)
es
la
misma
que
tenía
antes
(punto
d).
 Cuando
 se
 aplica
 la
 ecuación
 energética
 de
 un
 fluido
 en
 régimen
estacionario
 al
 proceso
 de
 compresión
 W adiabática,
se
demuestra
que
todo
el
trabajo
realizado
sobre
el
fluido
(

 < 0 ),
en
valor
absoluto,
es
igual
 al
incremento
de
la
entalpía
del
fluido
en
dicho
proceso.
En
valores
por
unidad
de
masa
m
 


W 

 m

= hc −hb 


€













(2)


El
 efecto
 refrigerante
 es
 igual
 a
 la
 diferencia
 de
 entalpías
 en
 los
 puntos
extremos
 del
 proceso
 de
 evaporación
a
presión
constante
(puntos
a
y
b).
Así:
 € Q1 
 
 
 
 (3)
 = hb − ha = hb − hd 
 
 

m Análogamente,
el
efecto
calefactor
vale:
 


€

Q2 = hc − hd 
 

m













(4)


Diagrama
presión­entalpía
(Mollier).
 Este
 diagrama
 termodinámico
 resulta
 muy
 adecuado
 para
 el
 estudio
 del
 ciclo
 termodinámico
 de
 una
 €...