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:

• 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:

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) = 21.600/29,9 = 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) = 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 = m_c(g/s)·C_p(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 (t_a ≈ constante), e iremos reduciendo el caudal en el condensador sucesivamente.

Obtenemos las siguientes medidas:

100 %

W = C(J/rev)/(s/rev) = 21.600/36,9 = 585,36 w

Q = m_c·C_p·(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 = m_c·C_p·(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 = m_c·C_p·(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 = 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:

Y la gráfica ε - t₉:

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/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