Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

627
CAPÍTULO 11
EJEMPLO 11-3 Análisis de exergía del ciclo de refrigeración
por compresión de vapor
Un ciclo de refrigeración por compresión de vapor con refrigerante 134a
como fluido de trabajo se usa para mantener un espacio a –13 °C mediante
el rechazo de calor al aire ambiente a 27 °C. El refrigerante R-134a entra al
compresor a 100 kPa sobrecalentado en 6.4 °C a razón de 0.05 kg/s. La eficiencia
isentrópica del compresor es de 85 por ciento El refrigerante sale del
condensador a 39.4 °C, como líquido saturado. Determine a) la tasa de enfriamiento
suministrado, y el COP del sistema; b) la destrucción de exergía en
cada componente básico; c) el suministro mínimo de potencia y la eficiencia
de la segunda ley del ciclo, y d) la tasa de destrucción total de exergía.
Solución Se considera un ciclo de refrigeración por compresión de vapor.
Se deben determinar la tasa de enfriamiento, el COP, las destrucciones de
exergía, el suministro mínimo de potencia, la eficiencia de la segunda ley y la
destrucción total de exergía.
Suposiciones 1 Existen condiciones de operación estacionarias. 2 Los cambios
en las energías cinética y potencial son despreciables.
Análisis a) El diagrama T-s del ciclo está dado en la figura 11-10. Las propiedades
del R-134a son (tablas A-11 a A-13)
P 1 100 kPa
h 1 239.50 kJkg
T 1 T sat a 100 kPa T sobre calentamiento s1 0.9721 kJkg K
26.4 6.4 20 °C
P 3 P sat a 39.4 °C 1 000 kPa
P 2 P 3 1 000 kPa
s 2 s 1 0.9446 kJkg
h
K 2s 289.11 kJkg
P 3 1 000 kPa h 3 107.32 kJkg
x 3 0
0.3919 kJkg K
s 3
T
3
39.4 °C
100 kPa
4
·
Q H
FIGURA 11-10
Diagrama temperatura-entropía del ciclo
de refrigeración por compresión de
vapor que se considera en el ejemplo
11-3.
2s
1
·
Q L
2
·
W ent
s
h 4 h 3 107.32 kJkg
P 4
h 4
100 kPa
107.32 kJkg
s 4
0.4367 kJkg K
Por la definición de eficiencia isentrópica,
C
h 2s h 1
0.85
h 2 h 1
s 2 0.9983 kJkg K
289.11 239.50
h 2 239.50
h 2
297.86 kJkg
P 2
h 2
1 000 kPa
297.86 kJkg
La carga de refrigeración, la tasa de rechazo de calor y el suministro de potencia
son:
Q L m h 1 h 4 0.05 kgs 239.50 107.32kJkg 6.609 kW
Q H m h 2 h 3 0.05 kgs297.86 107.32kJkg 9 .527 kW
W ent m h 2 h 1 0.05 kgs297.86 239.50kJkg 2.918 kW