Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 5
Sin considerar las caídas de presión, determine a) el flujo másico de agua de
enfriamiento requerido y b) la tasa de transferencia de calor desde el refrigerante
hacia el agua.
Solución Refrigerante 134a se enfría en un condensador por medio de una
corriente de agua. Se determinará el flujo másico del agua de enfriamiento y
la tasa de transferencia de calor del refrigerante hacia el agua.
Suposiciones 1 Éste es un proceso de flujo estacionario porque no hay cambio
con el tiempo en ningún punto, por lo tanto m VC 0 y E VC 0. 2 Las
energías cinética y potencial son insignificantes, ec ep 0. 3 Las pérdidas
de calor desde el sistema son insignificantes, así que Q . 0. 4 No hay interacción
de trabajo.
Análisis Se toma todo el intercambiador de calor como el sistema (Fig. 5-37),
el cual es un volumen de control porque la masa cruza su frontera durante el
proceso. En general, cuando se trata de dispositivos de flujo estacionario con
varias corrientes hay varias posibilidades de selección del volumen de control,
y la elección apropiada depende de la situación que se plantea. Se observa
que hay dos corrientes de fluido (por lo tanto dos entradas y dos salidas) pero
sin mezclado.
a) Bajo estas suposiciones y observaciones, los balances de masa y energía para
este sistema de flujo estacionario se pueden expresar en forma de tasa como:
R-134a
3
70 °C
1 MPa
2
25 °C
Agua
15 °C
300 kPa
1
FIGURA 5-37
Esquema para el ejemplo 5-10.
4
35 °C
Balance de masa:
m # entrada m # salida
para cada corriente de fluido puesto que no hay mezclado. Así,
m # 1 m # 2 m # w
Balance de energía:
m # 3 m # 4 m # R
E # entrada E # salida dE sistema >dt 0
⎫
⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎭
⎫
⎪⎪⎪⎬⎪⎪⎪⎭
Tasa de transferencia de energía
neta por calor, trabajo y masa
¡ 0 (estable)
Tasa de cambio de energías interna,
cinética, potencial, etcétera
E # entrada E # salida
m # 1h 1 m # 3h 3 m # #
2h 2 m 4 h 4 1dado que Q # 0, W # 0, ec ep 02
La combinación de los balances de masa y energía da
m # w(h 1 h 2 ) m # R(h 4 h 3 )
Ahora es necesario determinar las entalpías en los cuatro estados. El agua
existe como un líquido comprimido en la entrada y la salida ya que las temperaturas
en ambos lugares están por abajo de la temperatura de saturación del
agua a 300 kPa (133.52 °C). Considerando el líquido comprimido como uno
saturado a las temperaturas dadas, se tiene
h 1 h f a 15 ° C 62.982 kJ/kg
h 2 h f a 25 ° C 104.83 kJ/kg
(Tabla A-4)
El refrigerante entra al condensador como un vapor sobrecalentado y sale como
líquido comprimido a 35 °C. De las tablas del refrigerante 134a.
P 3 1 MPa
T 3 70 C f h 3 303.85 kJ/kg (Tabla A-13)
P 4 1 MPa
T 4 35 C f h 4 h f a 35
C 100.87 kJ/kg (Tabla A-11)