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Práctica 12
•Análisis energético en un
compresorLaboratorio de Termodinámica
Ing. Alejandro Rojas Tapia
Ing. Salvador Centeno Estrada
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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• 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.
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Sistema de refrigeración y sus componentes
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Procesos termodinámicos durante la
refrigeración por la compresión de un vapor
1-2 Compresión adiabática (Q= 0, s=cte)
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Procesos termodinámicos durante la
refrigeración por compresión de un vapor
2-3 Rechazo de calor a presión constante (P = cte)
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Procesos termodinámicos durante la
refrigeración por la compresión de un vapor
3-4 Expansionamiento del fluido (h=cte)
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Procesos termodinámicos durante la
refrigeración por la compresión de un vapor
4-1 Suministro de calor a presión constante (P = cte)
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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.
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• 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.
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• Nota: Para hacer los cálculos se proporcionará los datos que se
requieren para realizar los balances de energía y entropía.
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Sistema de refrigeración denominado “Bomba de
Calor PT”.
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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.
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• Tabla 2. Registro de presiones y temperaturas del refrigerante en el
evaporador y en el condensador.
Equipo P[Pa] T[°C]
Evaporador
Condensador
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• 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
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Balances de energía y entropía:
Trabajo del compresor
𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝=𝑄𝑎𝑙𝑡𝑎- 𝑄𝑏𝑎𝑗𝑎
𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝= [𝑚𝑐𝑎𝑔𝑢𝑎(𝑇2- 𝑇1)]𝑐𝑜𝑛𝑑– [𝑚𝑐𝑎𝑔𝑢𝑎(𝑇2 - 𝑇1)]𝑒𝑣𝑎𝑝
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Balances de energía y entropía:
Potencia del compresor
ሶ𝑊= 𝑊
𝛥𝑡
ሶ𝑚=ሶ𝑊
ℎ2−ℎ1
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Balances de entropía:
Cambio de entropía en el compresor y ambiente
∆𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝=(𝑆2- 𝑆1) = 𝑚(𝑠2 − 𝑠1)
∆𝑆𝑎𝑚𝑏= 𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑
𝑇𝑎𝑚𝑏−
𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝
𝑇𝑎𝑚𝑏
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Balances de entropía:
∆𝑆𝑡= ∆𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝+ ∆𝑆𝑎𝑚𝑏
∆𝑆𝑡= 𝑚 𝑠2 − 𝑠1 + [𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑
𝑇𝑎𝑚𝑏−
𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝
𝑇𝑎𝑚𝑏]
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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.
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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
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Sugerencias.
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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
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Tarea
•Comentarios del manual de prácticas.
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¡Muchas gracias por su
atención!