Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

310
LA SEGUNDA LEY DE LA TERMODINÁMICA
Solución Un ciclo de Carnot de refrigeración se lleva a cabo en un sistema
cerrado. Se deben determinar la fracción masa del refrigerante que se vaporiza
durante el proceso de adición de calor, y la presión al final del proceso de
rechazo de calor.
Suposiciones El refrigerador opera en el ciclo ideal de Carnot.
Análisis Conociendo las temperaturas alta y baja, el coeficiente de desempeño
del ciclo es
COP R
1
T H T L 1
1
20 273 K 8 273 K 1
La cantidad de enfriamiento se determina, a partir de la definición del coeficiente
de desempeño, como
Q L COP R W entrada 9.46415 kJ 142 kJ
La entalpía de vaporización del R-134 a –8 °C es h fg = 204.52 kJ/kg (tabla
A-11). Entonces, la cantidad de refrigerante que se vaporiza durante la absorción
de calor resulta
142 kJ
Q L m evap h fg a 8 °C m evap 0.694 kg
204.52 kJkg
Por tanto, la fracción de la masa que se vaporiza durante el proceso de adición
de calor al refrigerante es
m evap
0.694 kg
Fracción de masa
0.868 u 86.8%
m total 0.8 kg
La presión al final del proceso de rechazo de calor es simplemente la presión
de saturación a la temperatura de rechazo de calor,
P 4 P sat a 20 °C 572.1 kPa
9.464
Comentario El ciclo de Carnot es un ciclo idealizado de refrigeración; por lo
tanto, no se puede lograr en la práctica. En el capítulo 11 se analizan ciclos
prácticos de refrigeración.
135 000 kJ/h
EJEMPLO 6-7 Calentamiento de una casa con una bomba
de calor de Carnot
T H = 21 °C
·
Q H
·
Q L = ?
T L = −5 °C
Se utilizará una bomba de calor para calentar una casa durante el invierno,
como se muestra en la figura 6-53. La casa se mantiene a 21 °C todo el
tiempo y se estima que pierde calor a razón de 135 000 kJ/h cuando la temperatura
exterior desciende a 5 °C. Determine la potencia mínima requerida
para impulsar esta bomba de calor.
Solución Una bomba de calor mantiene una casa a una temperatura constante.
Se determinará la entrada de potencia mínima requerida a la bomba de
calor.
Suposiciones Existen condiciones estacionarias de operación.
Análisis La bomba de calor debe suministrar calor a la casa a una tasa de
Q H 135 000 kJ/h 37.5 kW. Los requerimientos de potencia son mínimos
cuando se emplea una bomba de calor reversible para hacer el trabajo. El COP
de una bomba de calor reversible que opera entre la casa y el aire exterior es
FIGURA 6-53
Esquema para el ejemplo 6-7.
COP HP,rev
1
1 T L T H
1
1 5 273 K21 273 K
11.3