Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

621
CAPÍTULO 11
EJEMPLO 11-1 El ciclo ideal de refrigeración por compresión
de vapor
En un refrigerador se utiliza refrigerante 134a como fluido de trabajo, y opera
en un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor entre 0.14 y 0.8
MPa. Si el flujo másico del refrigerante es de 0.05 kg/s, determine a) la tasa de
eliminación de calor del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor,
b) la tasa de rechazo de calor al ambiente y c) el COP del refrigerador.
Solución Un refrigerador opera en un ciclo ideal de refrigeración por compresión
de vapor entre dos límites de presión especificados. Se determinarán
la tasa de refrigeración, la entrada de potencia, la tasa de rechazo de calor y
el COP.
Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 Los cambios
en las energías cinética y potencial son insignificantes.
Análisis El ciclo de refrigeración se representa en un diagrama T-s en la
figura 11-6. Note que éste es un ciclo ideal de refrigeración por compresión
de vapor, y por ello el compresor es isentrópico mientras que el refrigerante
deja al condensador como un líquido saturado y entra al compresor como
vapor saturado. A partir de las tablas del refrigerante 134a, las entalpías del
refrigerante en los cuatro estados se determinan como sigue:
T
Q H
0.8 MPa
3
0.14 MPa
4s 4
Q L
2
1
W entrada
P 1 0.14 MPa ¡ h 1 h g a 0.14 MPa 239.16 kJ >kg
s 1 s g a 0.14 MPa 0.94456 kJ >kg # K
P 2 0.8 MPa
f h
s 2 275.39 kJ >kg
2 s 1
P 3 0.8 MPa ¡ h 3 h f a 0.8 MPa 95.47 kJ >kg
h 4 h 3 (estrangulamiento) ¡ h 4 95.47 kJ >kg
FIGURA 11-6
Diagrama T-s del ciclo ideal de refrigeración
por compresión de vapor
descrito en el ejemplo 11-1.
s
a) La tasa de eliminación de calor del espacio refrigerado y la entrada de
potencia al compresor se determinan por sus definiciones:
# #
Q L m 1h 1 h 4 2 10.05 kg >s 231239.16 95.472 kJ >kg 4 7.18 kW
y
# #
W entrada m 1h 2 h 1 2 10.05 kg >s 231275.39 239.162 kJ >kg 4 1.81 kW
b) La tasa de rechazo de calor del refrigerante al ambiente es
# #
Q H m 1h 2 h 3 2 10.05 kg >s 231275.39 95.472 kJ >kg 4 9.0 kW
También puede ser determinado de
# # #
Q H Q L W entrada 7.18 1.81 8.99 kW
c) El coeficiente de desempeño del refrigerador es
#
Q L 7.18 kW
CO P R #
W 1.81 kW 3.97
entrada
Es decir, este refrigerador elimina 4 unidades de energía térmica del espacio
refrigerado por cada unidad de energía eléctrica que consume.
Comentario Sería interesante observar lo que ocurre cuando la válvula de estrangulamiento
es sustituida por una turbina isentrópica. La entalpía en el estado 4s
(la salida de la turbina con P 4s 0.14 MPa y s 4s s 3 0.35404 kJ/kg · K) es