Termodinamica. Informe laboratorio Bomba de Calor

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UNIVERSIDAD SANTO TOMÁS VILLAVICENCIO

FACULTAD

INGENIERÍA MECÁNICA

Termodinámica 09/10/2024[pic 5]

Informe laboratorio Bomba de Calor

S. Baquero, J. D. Hernandez, D. F. Osorio, P. A. Cárdenas, W. C. Duque

Facultad ingeniería mecánica, Universidad Santo Tomás Villavicencio, vía Puerto López, 2024

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Bomba de Calor

Una Bomba de Calor es un dispositivo que transfiere calor de un lugar a otro, utilizando trabajo mecánico. Se usa especialmente para calentar o enfriar un espacio o sustancia de manera eficiente. [pic 10]

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[pic 12][pic 13]¿Cómo influye la eficiencia del compresor y el coeficiente de potencia teórico (COP) en el rendimiento global de una bomba de calor al utilizar los datos experimentales de presión y temperatura?

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2. Marco teórico

Tabla 2.1 Refrigerante R-134ª

Tabla 2.1 Propiedades físicas del refrigerante R-134a   a25c

Características:

• No perjudica la capa de ozono (ODP=0): Este refrigerante no contribuye al deterioro de la capa de ozono.
• Posibilidad de recarga: Los equipos pueden recargarse en caso de fuga del refrigerante.
• Rendimiento de refrigeración ligeramente menor que el R-12: Ofrece una capacidad frigorífica algo inferior a la del R-12, pero sigue siendo una opción viable.
• Alta eficiencia energética: Aunque requiere un compresor más grande en comparación con otros refrigerantes HFC, es bastante eficiente en cuanto al consumo energético.

Aplicaciones:

• Para equipos nuevos o adaptados: Puede utilizarse en sistemas nuevos o en equipos más antiguos que hayan sido adaptados.
• Uso en refrigeradores domésticos.
• Aire acondicionado de vehículos.
• Enfriadores centrífugos de agua.
• Bombas de calor.

2.2 Bomba térmica o de calor

Es un dispositivo que funciona con base en los principios de la termodinámica, cuya función es trasladar calor de un medio (ya sea aire, agua o tierra) hacia otro. Este mecanismo, basado en la aerotermia, aprovecha el cambio de estado de un fluido refrigerante de gas a líquido, utilizando la temperatura ambiente y un compresor. Una bomba de calor transfiere calor desde una fuente de menor temperatura hacia otra de mayor temperatura. Para realizar este proceso, necesita energía para funcionar, la cual puede ser mecánica, eléctrica o térmica. En la mayoría de los casos, se emplean bombas de calor que siguen el principio de un sistema de refrigeración por compresión, mientras que las bombas de calor que operan por absorción son mucho menos comunes.

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Un factor clave para evaluar el desempeño de las bombas de calor es el COP (Coefficient of Performance o Coeficiente de Rendimiento), el cual mide la eficiencia de la bomba de calor. Este indicador refleja la relación entre la energía térmica generada y la energía requerida para su operación. El COP permite comparar la eficiencia de distintas bombas de calor. Además, este coeficiente varía según las temperaturas de la fuente de calor y del sistema de calefacción en el edificio. Mientras mayor sea el COP, más eficiente será el funcionamiento de la bomba de calor.

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2.3 Funcionamiento básico de una bomba de calor

El funcionamiento de la bomba de calor se basa en los principios de la termodinámica y se puede dividir en cuatro pasos:

1. Evaporación del refrigerante: El fluido refrigerante, que en este punto está a baja temperatura y presión, está en estado líquido. Al pasar por el evaporador, el aire del ambiente lo atraviesa, permitiendo que el refrigerante absorba el calor del aire y se evapore transformándose en vapor. Al hacerlo el aire sale más frío.
2. Compresión: El refrigerante, ahora en estado gaseoso pero aún a baja presión, es comprimido en el compresor. Este proceso eleva su presión y al mismo tiempo su temperatura.
3. Condensación: El refrigerante caliente y a alta presión llega al condensador. Después cede el calor acumulado al agua del sistema a través de un serpentín, volviendo de nuevo a estado líquido tras liberar esa energía térmica.
4. Expansión: Finalmente, el refrigerante, ya en estado líquido, pasa por una válvula de expansión que reduce su presión y temperatura, preparándolo para repetir el ciclo.

Este proceso permite que la bomba de calor transfiera energía térmica de manera continua, calentando o enfriando según sea necesario.

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2.4 Los principales componentes de una bomba de calor son:

1. Compresor: Este es el componente clave que comprime el refrigerante, elevando su temperatura y presión. Es lo que impulsa el ciclo de la bomba de calor, ya que permite que el refrigerante circule por todo el sistema.
2. Evaporador: Aquí, el refrigerante absorbe calor del entorno (puede ser aire, agua) y se evapora, transformándose de líquido a gas. Este proceso es crucial para extraer el calor del ambiente, incluso cuando hace frío.
3. Condensador: El refrigerante, ahora en estado gaseoso y a alta temperatura, libera el calor que ha absorbido, transfiriéndolo al sistema de calefacción por ejemplo el aire de una casa. Al hacerlo, se enfría y vuelve a convertirse en líquido.
4. Válvula de expansión: Su función es reducir la presión del refrigerante después de que ha liberado su calor en el condensador, enfriándolo y preparándolo para comenzar el ciclo nuevamente en el evaporador.

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3 Diagrama de mollier

El diagrama de Mollier es una herramienta gráfica muy útil para representar el ciclo de funcionamiento de una bomba de calor de compresión. En este diagrama, se muestran las curvas que relacionan la presión (p) con la entalpía específica (h) del fluido de trabajo. La entalpía refleja la cantidad de energía calorífica por unidad de masa del fluido y, en general, aumenta conforme se incrementa la presión en la fase gaseosa.

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