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Contenido: Determinación de potencia. Calor producido y eficiencia de la bomba de calor. Evaporador de agua y de aire. Curvas de eficiencia y calor producido.

E.T.S.I. industriales de Madrid
Catedra de termodinámica

Bomba de calor

Madrid, mayo de 1.998

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

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:

AguaAire
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) = 21.600/29,9 = 722,4 w

Calor producido

Q = mc(g/s)·Cp(J/g·°C)·(t9 - t1)·(°C) = 10·4,180·(50,05 - 16,6) = 1.398,6 w

Eficiencia.

ε = Q/W = 1.398,6/722,4 = 1.936

Evaporador de aire

Potencia de entrada:

W = C(J/rev)/(s/rev) = 21.600/30,6 = 705,88 w

Calor producido

Q = mc(g/s)·Cp(J/g·°C)·(t9 - t1)·(°C) = 10·4,180·(50,05 - 16,6) = 1.423,29 w

Eficiencia.

ε = Q/W = 1.423,29/705,88 = 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) = 21.600/36,9 = 585,36 w

Q = mc·Cp·(t9 - t1) = 20·4,180·(35 - 16) = 1.588,4 w

ε = Q/W = 1.588,4/585,36 = 2,714

75 %

W = C(J/rev)/(s/rev) = 21.600/34,2 = 631,58 w

Q = mc·Cp·(t9 - t1) = 15·4,180·(40 - 16,4) = 1.479,72 w

ε = Q/W = 1.479,72/631,58 = 2,343

50 %

W = C(J/rev)/(s/rev) = 21.600/30,4 = 710,53 w

Q = mc·Cp·(t9 - t1) = 10·4,180,(50 - 16,8) = 1.387,76 w

ε = Q/W = 1.387,76/710,53 = 1,653

25 %

W = C(J/rev)/(s/rev) = 21.600/28,8 = 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:

Qt9
1.588,40
1.479,72
1.387,76
819,28
35
40
50
57

Y la gráfica ε - t9:

εt9
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 ph y 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:

Pabsoluta = Pmanométrica + Patmosférica

Pabsoluta-1 = P1 + Patmosférica = 280 kN/m² + 694 mm Hg = 0,372526 MN/m²

Pabsoluta-2 = P2 + Patmosférica = 1.100 kN/m² + 694 mm Hg = 1,192526 MN/m²

Editor: Ricardo Santiago Netto (Administrador de Fisicanet)

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