Laboratório de Termodinâmica: Análise Energética em um Compressor

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Manual de prácticas del 
Laboratorio de Termodinámica 
 
 
 
 
Práctica 3 
Análisis energético en un compresor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Cuestionario previo. 
 
 
1. ¿Qué es una máquina térmica? 
2. ¿Qué es una bomba de calor? 
3. Dibuje los flujos energéticos involucrados de una máquina térmica y de 
una bomba de calor. 
4. ¿Qué es un compresor y qué tipos de compresores se utilizan 
industrialmente? 
5. Investigue las características del refrigerante tetrafluoretano o freón 134a 
(R-134a), incluyendo la hoja de seguridad. 
6. Escriba la ecuación de la primera ley de la Termodinámica aplicada a un 
ciclo termodinámico y explique cada uno de sus términos. 
7. Con base en la primera ley de la Termodinámica escriba la ecuación que 
permita calcular el trabajo que requiere el compresor adiabático para su 
funcionamiento. 
8. Escriba la ecuación del balance de entropía en un compresor y explique 
cada uno de sus términos. 
9. Explique qué es la eficiencia, la eficiencia mecánica, la eficiencia térmica y 
la eficiencia adiabática. 
10. Investigue la ecuación que se aplica para calcular la eficiencia adiabática 
en un compresor. 
 
 
 
 
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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 para calcular el trabajo que requiere el 
compresor durante su funcionamiento. 
 
✓ Realizar un balance de energía para calcular el trabajo que requiere el 
compresor durante su funcionamiento. 
 
 
 
2. Antecedentes 
 
 
El compresor es un componente indispensable en los sistemas de refrigeración y en 
las plantas de turbinas de gas. 
 
 
Figura 1. Diferentes tipos de compresores 
 
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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Figura 2. Compresor de pistón cilindro (este tipo de compresor es el que se utilizará en la 
práctica) 
 
 
Una de las principales áreas de aplicación de la termodinámica es la refrigeración, 
que es la transferencia de calor de una región de temperatura inferior hacia una 
temperatura superior. Los dispositivos que producen la refrigeración se llaman 
refrigeradores. Los refrigeradores son dispositivos cíclicos y los fluidos de trabajo 
empleados en los ciclos de refrigeración, se llaman refrigerantes. En la figura 3, se 
muestra de manea esquemática un refrigerador. 
 
 
Figura 3. Sistema de refrigeración y sus componentes. 
 
 
 
 
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Procesos termodinámicos durante la refrigeración: 
 
1-2 Compresión adiabática (Q= 0, s=cte) 
2-3 Rechazo de calor a presión constante (P = cte) 
3-4 Expansión del fluido (h=cte) 
4-1 Suministro de calor a presión constante (P = cte) 
 
 
Figura 4. Diagramas termodinámicos que representan el proceso de 
refrigeración. 
 
 
 
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3. Desarrollo 
 
Actividad 1 
 
Explique brevemente el sistema de refrigeración (bomba de calor), ver figura 3. 
 
 
 
 
Figura 5. Sistema de refrigeración denominado “Bomba de Calor PT”. 
 
Actividad 2 
 
Deduzca con ayuda del diagrama los procesos termodinámicos durante la 
refrigeración: 
 
 
 
 
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Actividad 3 
 
Registre la temperatura de inicio y la temperatura final, así como el cálculo del 
Calor sensible, en la Tabla 1. 
 
 
 
 
Tabla 1. Registro de las temperaturas del agua en el evaporador y en el 
condensador. 
 
Equipo T1 (agua) [°C] T2 (agua) [°C] Q [J] 
Evaporador 
Condensador 
 
 
Actividad 4 
 
Calcule la Presión y la Temperatura del evaporador y del condensador, 
regístrelas en la Tabla 2. 
 
 
Tabla 2. Registro de presiones y temperaturas del refrigerante en el evaporador y 
en el condensador. 
 
Equipo P[Pa] T[°C] 
Evaporador 
Condensador 
 
 
𝑄 = 𝑚 𝑐 ∆𝑇 [𝐽] 
 
 
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Actividad 5 
 
Determine el trabajo del compresor. 
Ecuación de Trabajo del compresor. 
 
𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝=𝑄𝑎𝑙𝑡𝑎- 𝑄𝑏𝑎𝑗𝑎 
 
 𝑊𝑐𝑜𝑚𝑝= [𝑚𝑐𝑎𝑔𝑢𝑎(𝑇2- 𝑇1)]𝑐𝑜𝑛𝑑– [𝑚𝑐𝑎𝑔𝑢𝑎(𝑇2 - 𝑇1)]𝑒𝑣𝑎𝑝 
 
 
 
Actividad 6 
 
Determine la potencia del compresor. 
 
Ecuación de Potencia del compresor. 
 
 
�̇�= 
𝑊
𝛥𝑡
 
 
𝑚 ̇ =
�̇�
ℎ2−ℎ1
 
 
 
 
 
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Actividad 7 
 
Calcule el cambio de entropía del compresor. 
 
Ecuación de Cambio de entropía en el compresor. 
 
 
 ∆𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝=(𝑆2- 𝑆1) = 𝑚(𝑠2 − 𝑠1) 
 
∆𝑆𝑎𝑚𝑏= 
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑 
𝑇𝑎𝑚𝑏
-
𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝
𝑇𝑎𝑚𝑏
 
 
 ∆𝑆𝑠𝑖𝑠𝑡= ∆𝑆𝑐𝑜𝑚𝑝+ ∆𝑆𝑎𝑚𝑏 
 
 ∆𝑆𝑠𝑖𝑠𝑡= 𝑚(𝑠2 − 𝑠1)+ [
𝑄𝑐𝑜𝑛𝑑
𝑇𝑎𝑚𝑏
-
𝑄𝑒𝑣𝑎𝑝
𝑇𝑎𝑚𝑏
 ] 
 
 
 
 
4. Conclusiones 
 
 
 
 
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5. 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. 
 
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 
 
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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