Física

Termodinámica: Determinación de potencia. Calor producido y eficiencia de la bomba de calor. Evaporador de agua y de aire. Curvas de eficiencia y calor producido. Ciclo real en los diagramas

E.T.S.I. INDUSTRIALES DE MADRID
CATEDRA DE TERMODINAMICA

BOMBA DE CALOR

Madrid, mayo de 1998

1.1 Determinación de la potencia de entrada, calor producido y eficiencia de la bomba de calor para:

- Evaporador de agua

- Evaporador de aire

Calcularemos previamente la constante C que dará los Julios consumidos para que se realice una revolución:

C = 3,6.106 J/166,66 rev = 21.600 J/rev

Se selecciona un caudal del 50% en el condensador, y se toman las siguientes medidas:

 

AGUA

AIRE

T (s/rev)

t9 (°C)

t7 (°C)

mc (g/s)

29,9

50,05

16,6

10

30,6

50,05

16

10

Sabemos, además, que:

Cp = 4,180 (J/g.°C).

Con estos datos determinaremos los valores característicos de los dos tipos de evaporadores.

Evaporador de agua

- Potencia de entrada:

W = C(J / rev)/(s / rev) = 21600/29,9 = 722,4 w

- Calor producido

Q = mc(g/s).Cp(J/g.°C).(t9 - t1)(°C) = 10.4,180.(50,05 - 16,6) = 1398,6 w

- Eficiencia

 

ε = Q /W = 1398,6/722,4 = 1.936

Evaporador de aire

- Potencia de entrada:

W = C(J / rev)/(s / rev) = 21600/30,6 = 705,88 w

- Calor producido

Q = mc(g/s).Cp(J/g.°C).(t9 - t1)(°C) = 10.4,180.(50,05 - 16,6) = 1423,29 w

- Eficiencia

ε = Q /W = 1423,29/705,88 = 2,016

1.2

Representación de las curvas de eficiencia y calor producido para diferentes temperaturas de salida del agua del condensador (t9):

Para realizar los cálculos utilizaremos el evaporador de aire (ta ≈ constante), e iremos reduciendo el caudal en el condensador sucesivamente.

Obtenemos las siguientes medidas:

 

100%

75%

50%

25%

T (s/rev)

t9 (°C)

t7 (°C)

mc (g/s)

36,9

35

16

20

34,2

40

16,4

15

30,4

50

16,8

10

28,8

57

17,8

5

100%

W = C(J / rev)/(s / rev) = 21600/36,9 = 585,36 w

Q = mc.Cp.(t9 - t1) = 20.4,180.(35 - 16) = 1588,4 w

ε = Q /W = 1588,4/585,36 = 2,714

75%

W = C(J / rev)/(s / rev) = 21600/34,2 = 631,58 w

Q = mc.Cp.(t9 - t1) = 15.4,180.(40 - 16,4) = 1479,72 w

ε = Q /W = 1479,72/631,58 = 2,343

50%

W = C(J / rev)/(s / rev) = 21600/30,4 = 710,53 w

Q = mc.Cp.(t9 - t1) = 10.4,180,(50 - 16,8) = 1387,76 w

ε = Q /W = 1387,76/710,53 = 1,653

25%

W = C(J / rev)/(s / rev) = 21600/28,8 = 750 w

Q = mc.Cp.(t9 - t1) = 5.4,180.(57 - 17,8) = 819,28 w

ε = Q /W = 819,28/750 = 1,092

A continuación representamos la gráfica Q - t9:

Q

t9

1588,40

1479,72

1387,76

819,28

35

40

50

57

Y la gráfica ε - t9:

ε

t9

2,714

2,343

1,953

1,092

35

40

50

57

Representación de las curvas de eficiencia y calor producido

1.3

Representación de un ciclo real en los diagramas p hy t-s:

Ajustamos el caudal del condensador al 50%, y seleccionamos el evaporador de aire (ta ≈ constante).

Tomamos los siguientes datos:

P atmosférica = 694 mm Hg

P1 = 280 kN/m²

P2 = P3 = 1.100 kN/m²

t1 = 12°C

t2 = 66°C

t3 = 43,5°C

t4 = 8,5°C

Y las presiones absolutas que se representan en los diagramas:

P absoluta = P manométrica + P atmosférica

P absoluta1 = P1 + P atmosférica = 280 kN/m² + 694 mm Hg = 0,372526 MN/m²

P absoluta2 = P2 + P atmosférica = 1.100 kN/m² + 694 mm Hg = 1,192526 MN/m²

Editor: Fisicanet ®

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