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M del Carmen Maldonado Susano
Práctica 12Análisis energético en
un compresor
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Conceptos teóricos
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Depósito térmico
• Es un sistema incapaz de recibir oefectuar trabajo, mantiene sutemperatura constante y cuentasolamente con la transmisión de calorpara interactuar con otros sistemas.
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No realiza trabajoTemperatura constanteTransmisión de calor
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Máquina Térmica
• Son sistemas que operan cíclicamentey por sus fronteras solamente circulancalor y trabajo.
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Calor y trabajoTransmisión de calor
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Máquina Térmica
• Se considerará que la máquinatérmica intercambia calor únicamentecon depósitos térmicos.
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Calor y trabajoTransmisión de calor
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• Si el depósito térmico cede calor a lamáquina térmica se dice que eldepósito es una fuente de calor.
•
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Máquina Térmica
fuente
depósito térmico máquina térmica
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• Si la máquina térmica cede calor aldepósito se dice que es un sumidero.
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Máquina Térmica
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sumidero
depósito térmico máquina térmica
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• La máquina térmica contieneuna sustancia de trabajo o agentede transformación que sufrecambios cíclicos y se llamarefrigerante.
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Máquina Térmica
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Pági
na
No
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Depósitocaliente
Depósitofrío
Motor
Calor QA
Calor QB
Trabajo W
La máquina absorbe energíatérmica de un depósitocaliente, libera la energíatérmica al depósito frío yefectúa un trabajo W.
Máquina Térmica
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Refrigeración
• La refrigeración ofrece un amplio espectro deaplicaciones en la ingeniería mecánica, así comoen otras muchas disciplinas.
• La máquina de refrigeración utilizada más amenudo es la máquina de refrigeración porcompresión.
• Los refrigeradores y las bombas de calor sonmáquinas térmicas que operan a la inversa.
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Depósitocaliente
Depósitofrío
Motor
Calor QA
Calor QB
Trabajo
La máquina absorbe energíatérmica del depósito frío yentrega energía térmica aldepósito caliente.
Bomba de calor
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Proceso reversible
•Si el paso del estado final alinicial es posible sin efectuarningún cambio en el medioambiente.
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Proceso irreversible
•Si el paso del estado final alinicial es imposible sinefectuar ningún cambio en elmedio ambiente.
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2ª Ley de la Termodinámica
“No es posible
construir una máquina capaz de convertir por completo, de
manera continua,
la energía térmica en otra forma de energía”
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Enunciado de Clausius
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“Es imposible que el calor pase por si sólo desde una
región de menor temperaturahacia una zona de mayor
temperatura”
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Partes del Ciclo de Refrigeración
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Partes del ciclo de refrigeración
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Q
Q
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Los resultados del vapor saturado (seco)
cuando el agua es calentada al punto de
ebullición (calor sensible) y después
evaporada con calor adicional (calor
latente).
Si este vapor es posteriormente calentado
por arriba del punto de saturación, se
convierte en vapor sobrecalentado (calorsensible)
Vapor Saturado
Fuente:https://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-steam.html#
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Esto ocurrirá si el vapor saturado entra
en contacto con una superficie con una
temperatura más alta.
El vapor sobrecalentado y el agua
líquida no pueden coexistir bajo equilibrio
termodinámico, ya que cualquier calor
adicional simplemente evapora más agua
y el vapor se convertiráen vapor saturado.
Vapor Sobrecalentado
Fuente:https://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-steam.html#
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Se dice que el líquido está saturado si al
agregar energía (calor), una fracción de él
pasa a la fase vapor. A presión ambiente (1
bar) esto ocurre a los 100ºC de
temperatura. La energía agregada produce
un cambio de fase y es un aporte de calorlatente.
Líquido Saturado
Fuente:https://www.tlv.com/global/LA/steam-theory/types-of-steam.html#
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Tipo de Refrigerante : R134 A
•Una máquina térmica lleva acierta sustancia de trabajo através de un proceso de unciclo durante el cual:
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❑ La energía térmica se absorbe deuna fuente a alta temperatura.
❑ La máquina realiza trabajo.
❑ La máquina expulsa energía térmicaa una fuente de menor temperatura. 26
Tipo de Refrigerante : R134 A
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En este tipo de construcción,tanto el motor como elcompresor están encapsuladosdentro de una cabina de metalsoldada de manera hermética alos gases.
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Compresor
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La tarea del condensador consiste en disiparlos flujos térmicos absorbidos durante elciclo de refrigeración al ambiente.
Los flujos térmicos a disipar se dividen en:
• Energía térmica del trabajo del compresor.• Energía térmica absorbida del evaporador.
Al igual que el evaporador, el condensadortambién es calentado por agua.
Sin embargo, en este caso, la energía térmicaabsorbida es cedida al agua, calentando así eldepósito a lo largo del funcionamiento.
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Condensador
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La tarea de la válvula de expansión termostática consiste en expandir el refrigerante y mantener el sobrecalentamiento en la salida del evaporador en un valor constante.
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Válvula de expansión
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La tarea del evaporador consisteen extraer calor del ambiente.
La extracción de calor se logramediante el cambio de estado(evaporación) del refrigerante en lostubos del evaporador.
Para el cambio del estado líquido algaseoso, se requiere energía, que seextrae del ambiente en forma de calor.
A través de la extracción de calor, sereduce la temperatura del ambiente.
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Evaporador
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Práctica 12Análisis energético en
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1. Seguridad en la ejecución
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❑ Identificar los componentes de unaunidad de refrigeración (bomba de calorPT) propuesta para la práctica.
❑ Realizar un balance de energía yentropía para calcular el trabajo querequiere el compresor durante sufuncionamiento.
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2. OBJETIVOS
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3. MATERIAL
1 Unidad de refrigeración denominada “Bomba de calor PT”.
2 termómetros de inmersión.
1 termopar
1 agitador de plástico de 30 [cm] de longitud.
1 cronómetro.
8 litros de agua.
1 tabla de propiedades termodinámicas computarizadas (CATT3) del refrigerante R-134a
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3. MATERIAL
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Actividad 1
• Identificar las partes quecomponen la unidad derefrigeración.
• Identificar el fluido detrabajo y algunas de lascaracterísticas del mismo.
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ACTIVIDAD 1
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Actividad 1
• Llenar las cubetas con aguahasta cubrir la tubería decobre.
• Registrar las temperaturasdel agua antes de poner enoperación la unidad derefrigeración.
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ACTIVIDAD 2
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Temperatura inicial del aguadel condensador: ________
Temperatura inicial del agua del evaporador: ________
ACTIVIDAD 3
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Actividad 1
• Poner en funcionamiento launidad de refrigeracióndurante 15 minutos.
• Agitar el aguaconstantemente antes delregistro de la temperatura
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ACTIVIDAD 4
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Actividad 1
• Registrar nuevamente las temperaturas del aguatanto del evaporador como del condensador (noolvide agitar el agua constantemente antes delregistro de la temperatura).
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ACTIVIDAD 5
Temperatura final delaguadel condensador: ____
Temperatura final del aguadel evaporador: ____
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Actividad 1
• Registrar las presiones del refrigerante en el evaporador y enel condensador, así como las temperaturascorrespondientes, con ayuda de los instrumentos instaladosen la unidad de refrigeración. 2
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ACTIVIDAD 6
Temperatura finaldel condensador: ____
Temperatura finaldel evaporador: ____
Presión del refrigerantedel condensador: ____
Presión del refrigerantedel evaporador: ____
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Actividad 1
• Calcular los flujos de calor en el evaporador y en elcondensador.
• Registrar los datos en las Tablas 1 y 2.
• Con base la 1ª ley de la Termodinámica, aplicada a un ciclo,calcular el trabajo y la potencia del compresor.
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Actividad 1
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TABLA 1
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TABLA 2
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Cálculos
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Cálculos
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Conclusiones