Práctica 12

•Análisis energético en un

compresorLaboratorio de Termodinámica

Ing. Alejandro Rojas Tapia

Ing. Salvador Centeno Estrada

1.- Objetivos

• Identificar los componentes de una unidad de refrigeración

(bomba de calor PT) propuesta para la práctica.

• Realizar un balance de energía y entropía para calcular el

trabajo que requiere el compresor durante su funcionamiento.

2.- Bases teóricas

Definición:

Es una máquina que se utiliza para incrementar la presión a un

fluido compresible, puede ser un vapor, o bien, un gas, como

consecuencia provoca una disminución en su volumen.

El compresor es un componente indispensable en los sistemas de

refrigeración y en las plantas generadores de potencia con

turbinas de gas.

Definición:

• Existen dos tipos generales de compresores: de movimiento alternativo

(rectilíneo) y de movimiento rotatorio. En el caso de altas presiones y flujo

volumétricos bajos, se prefiere el compresor de movimiento alternativo;

cuando se trata de presiones bajas y flujos de gran intensidad, se utiliza

por lo común el compresor de tipo rotatorio. Pero no existe una presión

distintiva que sirva para separar estos dos tipos de máquinas, puesto que

los compresores rotatorios pueden desarrollar también presiones elevadas.

Diferentes tipos de compresores

http://www.alaf.int.ar/publicaciones/20160318/Compresores_Rotativos.pdf

https://como-funciona.co/compresor/

http://dopedia.blogspot.com/2014/09/compresor-de-lobulos-roots-neumatica.html

Compresor de émbolo-cilindro

Este tipo de

compresor es el que

se utilizará en la

práctica.

https://www.monografias.com/trabajos63

/compresores-embolo-

piston/compresores-embolo-piston2.shtml

• Una de las principales áreas de aplicación de la Termodinámica es la

refrigeración, que es la transferencia de calor de una región de temperatura

baja hacia una temperatura alta. Los dispositivos mecánicos que producen

la refrigeración se llaman refrigeradores. Los refrigeradores son máquinas

térmicas que trabajan cíclicamente y los fluidos de trabajo empleados en

los ciclos de refrigeración por la compresión de un vapor, se llaman

refrigerantes, y puede ser el Freón 134ª, entre muchos otros. En la figura 3

se muestra de manera esquemática un refrigerador.

Sistema de refrigeración y sus componentes

Procesos termodinámicos durante la

refrigeración por la compresión de un vapor

1-2 Compresión adiabática (Q= 0, s=cte)

Procesos termodinámicos durante la

refrigeración por compresión de un vapor

2-3 Rechazo de calor a presión constante (P = cte)

Procesos termodinámicos durante la

refrigeración por la compresión de un vapor

3-4 Expansionamiento del fluido (h=cte)

Procesos termodinámicos durante la

refrigeración por la compresión de un vapor

4-1 Suministro de calor a presión constante (P = cte)

3.- Desarrollo

• El profesor presentará un esquema de los dispositivos mecánicos

que componen el sistema de refrigeración por la compresión de un

vapor y explicará el principio de funcionamiento de cada uno de ellos.

• El profesor presentará el modelo matemático de la Primera Ley de

la Termodinámica para realizar un balance de energía para calcular

la transmisión de calor que se presenta en el evaporador y el

condensador.

• Realizará un balance de energía para calcular la potencia que requiere

el compresor para incrementar la presión del vapor del freón 134ª.

• Presentará las ecuaciones para calcular el cambio de entropía en el

compresor.

• Explicará como aplicar el principio de incremento de entropía para

calcular la generación de entropía en el entorno durante la operación del

compresor.

• Nota: Para hacer los cálculos se proporcionará los datos que se

requieren para realizar los balances de energía y entropía.

Sistema de refrigeración denominado “Bomba de

Calor PT”.

Equipo T1 (agua) [°C] T2 (agua) [°C] Q = mc(T2 – T1) [J]

Evaporador

Condensador

Tabla 1. Registro de las temperaturas del agua en el evaporador y en el condensador.

Tabla 1. Registro de las temperaturas del agua en el evaporador y en el

condensador.

• Tabla 2. Registro de presiones y temperaturas del refrigerante en el

evaporador y en el condensador.

Equipo P[Pa] T[°C]

Evaporador

Condensador

• Registro de temperaturas del refrigerante 134a a la entrada y salida

del compresor (los valores de la entropía “s”, se obtienen de tablas

propiedades termodinámicas de 134a).

Equipo Tentrada [°C]

sentrada

[kJ/kgK] Tsalida [°C]

ssalida

[kJ/kgK]

Compresor

Balances de energía y entropía:

Trabajo del compresor

𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝=𝑄𝑎𝑙𝑡𝑎- 𝑄𝑏𝑎𝑗𝑎

𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝= [𝑚𝑐𝑎𝑔𝑢𝑎(𝑇2- 𝑇1)]𝑐𝑜𝑛𝑑– [𝑚𝑐𝑎𝑔𝑢𝑎(𝑇2 - 𝑇1)]𝑒𝑣𝑎𝑝

Balances de energía y entropía:

Potencia del compresor

ሶ𝑊= 𝑊

𝛥𝑡

ሶ𝑚=ሶ𝑊

ℎ2−ℎ1

Balances de entropía:

Cambio de entropía en el compresor y ambiente

∆𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝=(𝑆2- 𝑆1) = 𝑚(𝑠2 − 𝑠1)

∆𝑆𝑎𝑚𝑏= 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑

𝑇𝑎𝑚𝑏−

𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝

𝑇𝑎𝑚𝑏

Balances de entropía:

∆𝑆𝑡= ∆𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝+ ∆𝑆𝑎𝑚𝑏

∆𝑆𝑡= 𝑚 𝑠2 − 𝑠1 + [𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑

𝑇𝑎𝑚𝑏−

𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝

𝑇𝑎𝑚𝑏]

4.- Referencias

Cengel, Y. A., Boles, M. A. y Kanoglu, M. (2019). Termodinámica. Novena

edición. México. Mc Graw Hill.

Kenneth, W. (2001). Termodinámica. España. Mc Graw Hill.

Rolle, K. C. (2006). Termodinámica. México, PEARSON Prentice hall.

Tipler, P. A. (2010). Física Para la Ciencia y Tecnología. España. Reverté.

4.- Referencias

• Morales, Daniel. C.E.M. No. 95 Armando Novelli, Cinco Saltos Río Negro. Compresores de émbolo o pistón

(alternativos) . Recuperado el 25 de agosto de 2020 de

https://www.monografias.com/trabajos63/compresores-embolo-piston/compresores-embolo-

piston2.shtml

• Mecatrónica-blooger- 2012. Mecatrónica: Compresor de aire de paletas rotativas. Recuperado el 25 de agosto

de 2020 de http://mecanicaelectric.blogspot.com/2012/08/compresor-de-aire-de-paletas-

rotativas.html

• Como Funciona|Powered by Tema Astra para WordPress. 2020. Como Funciona. Recuperado el 25 de

agosto de 2020 de https://como-funciona.co/compresor/

• Educando para el mundo-Blogger. 2014. Educando para el mundo: Compresor de lóbulos ROOTS (neumática).

Recuperado el 25 de agosto de 20020 de http://dopedia.blogspot.com/2014/09/compresor-de-

lobulos-roots-neumatica.html

Sugerencias.

1. Seguir el protocolo del manual de prácticas

2. Verificar con anticipación la funcionalidad de los simuladores

3. Comentar a los alumnos que el uso y manejo de simuladores es un enfoque de aprendizaje que se complementa con el enfoque teórico y experimental.

4. Si utilizan alguna otra herramienta digital, verificar con anticipación su aplicación, uso y manejo.

5. Incorporar herramientas que faciliten el desarrollo de su clase gradualmente.

6. Respetar el tiempo para la sesión (inicio y cierre de clase).

7. Precisar la conceptos en la clase

Tarea

•Comentarios del manual de prácticas.

¡Muchas gracias por su

atención!