Termo

1. UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS – ESPE
LABORATORIO DE TERMOFLUIDOS
INFORME No. 3
TEMA: BOMBA DE CALOR MECÁNICA
INTEGRANTES: CUEVA CHRISTIAN
GUASUMBA ANDRES
NRC: 4647
FECHA DE ENTREGA: 03/02/2021

2. 1. TEMA: BOMBA DE CALOR MECÁNICA
2. OBJETIVO:
 Realizar un balance másico y energético de un ciclo de refrigeración por compresión de
vapor refrigerante, que actúa como “Bomba de Calor”.
3. TEORÍA:
En la mayoría de procesos de refrigeración se utilizan hoy sistemas de compresión de vapor y la
mayoría de profesionales están involucrados de una u otra manera con sistemas de refrigeración
ya sea en hoteles en sanidad en arquitectura y en la ingeniería por supuesto, es por esto que resulta
indispensable comprender el funcionamiento de este tipo de mecanismos con el fin de entender y
resolver problemas relacionados con este tema.
De manera general la bomba mecánica de calor que proporciona la empresa Hilton tiene un fin
puramente didáctico, ya que con ella se logra comprender de la manera más sencilla los procesos
de refrigeración, en lo que se refiere a su arquitectura, es didáctica también ya que lleva visibles
los elementos que la conforman con el fin de que resulte para el operario fácil explicar los
fenómenos de refrigeración. Es importante también mencionar que esta bomba puede operar
también como bomba de calor.
4. EQUIPO UTILIZADO
4.1. PRINCIPALES COMPONENTES.
 Evaporador: Intercambiador de calor en el que se produce el cambio de fase del
refrigerante de líquido a vapor, absorbiendo calor.
 Compresor: Máquina que utilizando un trabajo exterior, comprime fluidos compresibles,
incrementando su presión.
 Condensador: Intercambiador de calor es el que se produce el cambio de fase del
refrigerante de vapor a líquido, cediendo calor.
 Válvula de expansión: Regulador de la entrada del refrigerante líquido al evaporador
procedente del condensado.

3. Esquema bomba de calor con sus componentes principales
4.2. CIRCUITO DE REFRIGERACIÓN
 Compresor: El pistón se mueve a razón de ½ HP. Totalmente hermético.
 Refrigerante: R-134 a. No es tóxico e incombustible.
 Cuatro medidores de temperatura.
 Un medidor de flujo del refrigerante.
 Una válvula manual reguladora del flujo del refrigerante.
 Sistema integrado que proporciona el consumo de energía del compresor en vatios-hora.
 Ventilador.
 Dos manómetros.
4.3. CIRCUITO DE AGUA
 Válvula manual reguladora de presión del agua.
 Tres termómetros de mercurio.
 Dos medidores de flujo con sus respectivas válvulas reguladoras.

4. Esquema de la bomba de calor mecánica y sus partes
5. PROCEDIMIENTO:
 Se procede a regular los flujos de agua en el evaporador, condensador,
 Encendemos el equipo,
 Procedemos a regular el flujo de refrigerante dados tanto en el evaporador como en el
condensador, se espera por ocho minutos y se toman los datos,
 Se registra los datos en la tabla correspondiente.
 Regular los datos nuevamente los flujos de agua y refrigerante de acuerdo con lo pedido
en la tabla, y tomar nuevamente los datos requeridos.

5.  Hacer esto para los valores de flujo de agua y de refrigerante.
 Se registra los valores en el cuadro de datos.
 Al terminar la práctica se procede a verificar que estén cerrada las llaves de agua, apagado
el equipo y desconectamos los aparatos de medida.
EJEMPLOS DE CÁLCULO:
Calor en el evaporador
𝑄 = 𝑚
̇ ∗ 𝐶𝑝𝐻2𝑂 ∗ (𝑇𝑒 − 𝑇𝑠)
Calor en el condensador
𝑄 = 𝑚
̇ ∗ 𝐶𝑝𝐻2𝑂 ∗ (𝑇𝑒 − 𝑇𝑠)
Cálculo de Trabajo y Cálculo del COP
|𝑊| = |𝑄𝑔| − |𝑄𝑝|; 𝐶𝑂𝑃 =
𝑄𝐸
𝑊
Potencia que consume el compresor
𝑃𝑐 = 𝑚 ∗ (ℎ3 − ℎ2)
ℎ3 = entalpía de salida del compresor
ℎ2 = entalpía de entrada del condensador
6. TABULACIÓN DE DATOS:
Datos del ensayo:
Presión en M.Pascales
medidor de potencia(rev/seg) : p1 p2 p3 p4
presión : condensador: pc 0,81 0,84 0,86 0,83
evaporador: pe 0,29 0,34 0,34 0,34
Tipo de Refrigerante R134a
No. de ensayos Caudal(kg/h) temperatura (°c)
evaporador condensador
entrada salida entrada salida

6. 1 5 -27 14 64 32
2 5 -26,5 15 67,5 34
3 5 -24 16 69 35
4 5 -22 14 68 31
Agua
No. de
ensayos Caudal(kg/h) temperatura (°c) t(seg)
condensador evaporador evaporador condensador
entrada salida entrada salida
1 20 20 19 10 19 30 90
2 20 30 19 12 19 32 59
3 20 40 19 13 19 34 49
4 30 20 19 9 19 30 50
7. CALCULOS, RESULTADOS Y GRAFICOS:
7.1. Cálculos y Resultados
 Realizar los cálculos aplicando la segunda ley de la termodinámica en función de
diferencia de temperatura del H2O.
 Realizar los cálculos en términos de entalpías del refrigerante incluir el ER.
Parámetro símb. unidad
Proceso 1 2 3 4
Caudal
Flujo de
refrigerante
CR Kg./h 5 5 5 5
Flujo de
Agua en el
evaporador
CE Kg./h 20 30 40 20
Flujo de
Agua en el
condensador
CC Kg./h 20 20 20 30
Evaporador
Temp. de
Agua a la
entrada del
evaporador
T1 ºC 19 19 19 19
Temp. de
Agua a la
salida del
evaporador
T2 ºC 10 12 13 9

7. Temp. de
Agua en el
evaporador
TE ºC
Presión
manométrica
en el
evaporador
PE Mpa 0,29 0,34 0,34 0,34
Condensador
Temp. de
Agua a la
entrada del
conden.
T3 ºC 19 19 19 19
Temp. de
Agua a la
salida del
condensador
T4 ºC 30 32 34 30
Temp. de
Agua en el
condensador
TC ºC
Presión
manométrica
en el
condensador
PC MPa 0,81 0,84 0,86 0,83
Tiempo por
revolución
t s/rev 90 59 49 50
Temperatura
Ambiente
Ta ºC
Parámetro simb. unid.
Proceso 1 2 3 4
Potencia que consume el
compresor
P W 464,88 546,23 627,59 615,97
Calor que pierde el R134A
en el condensador
QC W -255,68 -302,17 -348,66 -383,53
Calor que gana el R134A
en el evaporador
QE W 209,2 244,06 278,93 232,44
COP COP 0,4500086 0,44680812 0,44444621 0,37735604

8. Parámetro simb. unid.
Proceso 1 2 3 4
Temp. De Sat. Del
evaporador
Tse(-) ºC -0,3225 4,14 4,14 4,14
Temp. De Sat. Del
condensador
Tsc ºC 31,738 33,022 33,862 32,594
Subenfriamiento Subfto. ºC 32 33,5 34 37
Sobrecalentamiento Sobrto. ºC 41 41,5 40 36
ER 241,89 241,795 239,13 235,46
Coeficiente de
Rendimiento (COP)
Efecto Refrigerante
(ER)
0,4500086 241,89
0,44680812 241,795
0,44444621 239,13
0,37735604 235,46
Coeficiente de
Rendimiento (COP)
Sobrecalentamiento
0,4500086 41
0,44680812 41,5
0,44444621 40
0,37735604 36
Coeficiente de
Rendimiento (COP)
Subenfriamiento
0,4500086 32
0,44680812 33,5
0,44444621 34
0,37735604 37

9. 7.2. Gráficas
7.2.1. Gráfica COP Vs. Efecto Refrigerante
7.2.2. Gráfica COP Vs. Grado de sobrecalentamiento
235
236
237
238
239
240
241
242
243
0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46
Efecto
Refrigerante
(ER)
Coeficiente de Rendimiento (COP)
COP Vs. ER
35
36
37
38
39
40
41
42
0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46
Grado
de
Sobrecalentamiento
Coeficiente de Rendimiento (COP)
COP Vs. Grado de Sobrecalentamiento

10. 7.2.3. Gráfica COP Vs. Grado de Subenfriamiento
7.2.4. Proyección del comportamiento de las gráficas anteriores mediante ajuste de
curvas (Microsoft EXCEL)
31
32
33
34
35
36
37
38
0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46
Grado
de
Subenfriamiento
Coeficiente de Rendimiento (COP)
COP Vs. Grado de Subenfriamiento
y = -3E+06x3 + 4E+06x2 - 2E+06x + 222472
0
50
100
150
200
250
300
0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46
Efecto
Refrigerante
(ER)
Coeficiente de Rendimiento (COP)
COP Vs. ER

11. 7.2.5. Gráfica sobre el diagrama P Vs h el ciclo de refrigeración
y = -2E+06x3 + 3E+06x2 - 1E+06x + 156681
-80
-60
-40
-20
0
20
40
60
0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46
Grado
de
Sobrecalentamiento
Coeficiente de Rendimiento (COP)
COP Vs. Grado de Sobrecalentamiento
y = -4456.8x2 + 3619.8x - 694.3
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0.37 0.38 0.39 0.4 0.41 0.42 0.43 0.44 0.45 0.46
Grado
de
Subenfriamiento
Coeficiente de Rendimiento (COP)
COP Vs. Grado de Subenfriamiento

12. Como se puede observar en el diagrama, se grafican datos de comportamiento del gas refrigerante
dentro del sistema de refrigeración. Los datos que podemos determinar con aparatos de medición
comunes para los técnicos de refrigeración son las presiones de baja y alta con el manifold, y el
subenfriamiento y sobrecalentamiento con un termómetro tomando temperaturas sobre la línea de
condensado y de succión respectivamente. Para después compararlas contra las temperaturas de
saturación del refrigerante según su tabla de datos.
7.3. Análisis de resultados
Según los datos obtenidos y las gráficas que corresponden al coeficiente de rendimiento Vs. efecto
refrigerante, grado de sobrecalentamiento y grado de subenfriamiento, se puede apreciar que los
datos arrojados en las gráficas, estos se encuentran dispersados de forma homogénea y sus
proyecciones son curvas.
8. PREGUNTAS
 ¿Qué es y cómo se determina el Efecto Refrigerante ER?
El efecto refrigerante (ER) es el incremento de entalpía del refrigerante en el evaporador. Se
determina de la siguiente forma:
𝐸𝑟 = (ℎ1 − ℎ4); en kJ/kg
donde:
𝒉𝟏: es la entalpía en la salida del evaporador, en kJ/kg.
𝒉𝟒: es la entalpía en la entrada del evaporador, en kJ/kg.

13.  Grafique en qué estado se encuentra el refrigerante en el sistema.
Observando las temperaturas presentes en el sistema, se puede deducir que en el refrigerante actúan
en estado líquido y vapor, pero se debe tener en cuenta que este refrigerante también puede poseer
estado de líquido comprimido y vapor sobrecalentado.
 Cuál es la función de la válvula manual.
Dentro de la bomba de calor se emplean válvulas manuales en el circuito de refrigeración y en el
circuito de agua. Las válvulas manuales empleadas se denotan también como válvulas de
regulación debido a que su función es la regulación del caudal, la presión o temperatura de un
fluido específico.
La función de la válvula manual dentro del circuito de refrigeración es la regulación del flujo de
refrigerante por medio del circuito y la función de la válvula manual dentro del circuito de agua es
la regulación de la presión de esta válvula.
9. CONSULTAS
 Explique un proceso industrial en donde un sistema de refrigeración funcione como
bomba de calor, indicando cada uno de sus partes y funcionamiento.

14. Cada industria, necesita, por tanto, un diseño e instalación de un sistema frigorífico adecuado que permita
mantener el chocolate en silo o cámara con ambiente muy controlado, que permita mantener en perfecto estado
el chocolate hasta el momento de su utilización industrial o consumo final, Se utiliza un cuarto frio.
La fuente a baja termperatura es el interior del cuarto frio donde se requiere extraer la mayor cantidad de
calor, y el sumidero a alta temperatura es el exterior a temperatura ambiente.
Para conservar el chocolate se necesita
 Sitio fresco y seco.
 Temperatura entre 14 y 18ºC.
 Es muy importante que no sufra variaciones bruscas de temperatura.
 Alejado de olores. El chocolate atrae el agua en forma de vapor o de líquido de su ambiente, y captará,
por tanto, los olores que lo rodean.
 Mediante un ejemplo industrial diferencia un ciclo Carnot con un ciclo Carnot
invertido.
La diferencia entre un ciclo Carnot con un ciclo Carnot invertido es la entrada de el calor en la
cantidad QH se absorbe de un depósito a alta temperatura y calor en la cantidad QL se rechaza
hacia un depósito a baja temperatura, en el ciclo inverso se realiza el proceso contrario
El ciclo de Carnot suele utilizarse en motores para automóviles Un motor se construye partiendo
de una sustancia capaz de hacer trabajo, como por ejemplo un gas, gasolina o vapor. A esta
sustancia se la somete a diversos cambios de temperatura y a su vez experimenta variaciones en
su presión y su volumen. De esta forma es posible mover un pistón dentro de un cilindro.
Diagrama P-V de un ciclo de Carnot

15. Diagrama P-V de un ciclo inverso de Carnot
Ejemplo industrial donde se muestre un ciclo de Carnot: Una central nuclear
Una fuente térmica, consistente en un material que se desintegra radiactivamente como el uranio.
El sumidero o depósito térmico frío que sería la atmósfera.
La “máquina de Carnot” que utiliza un fluido, casi siempre agua corriente, al cual se le suministra
calor desde la fuente térmica para convertirla en vapor.
Cuando el ciclo se lleva a cabo se obtiene energía eléctrica a modo de trabajo neto. Al ser
transformada en vapor a alta temperatura, el agua se hace llegar hasta una turbina, donde la energía
se transforma en energía de movimiento o cinética.
La turbina a su vez acciona un generador eléctrico que transforma la energía de su movimiento en
energía eléctrica. Además de material fisionable como el uranio, por supuesto se pueden utilizar
combustibles fósiles como fuente de calor.
 Comparación de un sistema de refrigeración (Bomba de calor) con el ciclo de Carnot
invertido.
Para un sistema de refrigeración el calor en la cantidad QL se absorbe de un depósito a baja
temperatura, el calor en la cantidad QH se rechaza hacia un depósito a alta temperatura, y se
requiere una cantidad de trabajo Wneto,entrada para completar todo esto

16. La diferencia entre un sistema de refrigeración y un ciclo de Carnot invertido consiste en que el
ciclo de refrigeración de Carnot viene a ser un proceso reversible, y tiene la eficiencia máxima que
puede tener una máquina térmica que opera entre los dos depósitos de energía térmica a
temperaturas TL y TH
10. CONCLUSIONES
 Para la bomba de calor se necesita siempre que exista una fuente de alta y una de baja, caso
contrario sin ninguna de las dos, no se puede completar el ciclo de nuestra bomba de calor.
 En este tipo de sistema se requiere del funcionamiento adecuado de una válvula de
expansión de modo que se pueda disminuir la presión y la temperatura para poder extraer
calor del ambiente.
 El compresor tiene la función de aumentar la presión de nuestro líquido en las tuberías al
igual que la temperatura de modo que esta temperatura adquirida posteriormente se pueda
entregar a cualquier sistema.
11. RECOMENDACIONES
 Se recomienda el uso adecuado de las tablas del refrigerante R134A, para así evitar errores
en los cálculos y se pueda encontrar los datos requeridos.
 Se sugiere utilizar de forma correcta las fórmulas correspondientes a la segunda ley de la
termodinámica dentro del sistema para así obtener los valores requeridos y así las gráficas
tengan concordancia con lo establecido.
12. REFERENCIAS
http://bibing.us.es/proyectos/abreproy/4049/fichero/2.+FUNDAMENTOS+TE%C3%93RICOS.
pdf
https://es.slideshare.net/irisyaninacamposjime/ciclos-de-refrigeracintermodinamica
https://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/3802/1/CD-3582.pdf
https://www.cofrico.com/procesos-industriales/conservacion-industrial-del-chocolatenoticias-2/