Física - Termodinámica

Contenido

Apunte de 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:

C_p = 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 = m_c(g/s).C_p(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 = m_c(g/s).C_p(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 (t_a ≈ 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 = m_c.C_p.(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 = m_c.C_p.(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 = m_c.C_p.(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 = m_c.C_p.(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

Ver Gráfico

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 (t_a ≈ constante).

Tomamos los siguientes datos:

P atmosférica = 694 mm Hg

P₁ = 280 kN/m ²

P₂ = P₃ = 1.100 kN/m ²

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/m ² + 694 mm Hg = 0,372526 MN/m ²

P _absoluta2 = P₂ + P atmosférica = 1.100 kN/m ² + 694 mm Hg = 1,192526 MN/m ²