Termodinamica - Cengel 7th - espanhol

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CAPÍTULO 11
destrucción de exergía en cada componente del ciclo y la destrucción
total de exergía en el ciclo, y d) el suministro mínimo
de potencia y la eficiencia de la segunda ley del ciclo.
11-117 Considere una planta productora de hielo que opera
en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor y
usa refrigerante 134a como fluido de trabajo. Las condiciones
de operación del ciclo de refrigeración necesitan una presión
del evaporador de 140 kPa y una presión del condensador de
1.200 kPa. El agua de enfriamiento fluye a través de chaquetas
de agua que rodean el condensador, y se suministra a una
razón de 200 kg/s. El agua de enfriamiento tiene una elevación
de temperatura de 10 °C cuando fluye por la chaqueta
de agua. Para producir hielo, se alimenta agua potable a la
sección enfriadora del ciclo de refrigeración. Para cada kg de
hielo producido, se deben quitar 333 kJ de energía del agua
potable suministrada.
a) Haga un esquema del equipo para los tres fluidos de trabajo
involucrados a este sistema de producción de hielo, y
trace el diagrama T-s para el ciclo de refrigeración.
b) Determine el flujo másico del refrigerante, en kg/s.
c) Determine el flujo másico de suministro de agua potable,
en kg/s.
11-118 El congelamiento rápido de frutas frescas necesita
aire a 34 °C. Un refrigerador con refrigerante 134a como
fluido de trabajo produce este aire operando su evaporador a
37 °C y su condensador a 1.200 kPa, mientras rechaza calor
al aire ambiente a 30 °C. Si la eficiencia isentrópica del compresor
es de 90 por ciento y el vapor que entra al compresor
se sobrecalienta en 7 °C, determine el proceso que provoca la
mayor cantidad de pérdida de exergía.
Respuesta: 22.5 kJ/kg (válvula de expansión)
11-119 Vuelva a resolver el problema 11-118 con un subenfriamiento
de 6.3 °C a la salida del condensador.
11-120 Considere un sistema de refrigeración por compresión
de dos etapas que opera entre los límites de presión de 1.4 y
0.18 MPa. El fluido de trabajo es refrigerante 134a. El refrigerante
sale del condensador como líquido saturado y se estrangula
hacia una cámara de vaporización instantánea que opera a
0.6 MPa. Parte del refrigerante se evapora durante este proceso,
y este vapor se mezcla con el refrigerante que sale del compresor
de baja presión. La mezcla se comprime luego a la presión
del condensador mediante el compresor de alta presión. El
líquido de la cámara de vaporización instantánea se estrangula
a la presión del evaporador y enfría el espacio refrigerado al
vaporizarse en el evaporador. Suponiendo que este refrigerante
sale del evaporador como vapor saturado, y que ambos compresores
son isentrópicos, determine a) la fracción del refrigerante
que se evapora al estrangularse hacia la cámara de vaporización
instantánea, b) la cantidad de calor que se quita del espacio
refrigerado y el trabajo del compresor por unidad de masa de
refrigerante que fluye por el condensador, y c) el coeficiente
de desempeño.
Respuestas: a) 0.253, b) 121 kJ/kg, 36.4 kJ/kg, c) 3.31
11-121E Un sistema de refrigeración por compresión con
dos evaporadores, como se muestra en la figura P11-121E,
usa refrigerante 134a como fluido de trabajo. El sistema opera
el evaporador 1 a 30 °F, el evaporador 2 a 29.5 °F y el condensador
a 160 psia. La carga de enfriamiento del evaporador
1 es el doble que la del evaporador 2. Determine la carga
de enfriamiento de ambos evaporadores por unidad de flujo
a través del compresor, así como el COP de este sistema. El
refrigerante es líquido saturado a la salida del condensador y
vapor saturado a la salida de cada evaporador, y el compresor
es isentrópico.
2
Válvula
reductora
de presión
1
7
m˙
1 + m˙
2
Condensador
m˙
1
5
m˙
2
FIGURA P11-121E
Evaporador 1
4
Evaporador 2
11-122E Reconsidere el problema 11-121E. El sistema de
refrigeración de ese problema enfría un depósito térmico a 15
°F y uno a 40 °F, mientras rechaza calor a un depósito a 80 °F.
¿Cuál proceso tiene la destrucción de exergía más alta?
11-123 Un sistema de refrigeración por compresión de
dos etapas con una unidad adiabática de separación de fase
líquida y de vapor, como se muestra en la figura P11-123,
usa refrigerante 134a como fluido de trabajo. El sistema
opera el evaporador a 32 °C, el condensador a 1.400 kPa
y el separador a 8.9 °C. El refrigerante se circula por el
condensador a razón de 2 kg/s. Determine la tasa de enfriamiento
y el consumo de potencia para este sistema. El refrigerante
es líquido saturado a la entrada de cada válvula de
expansión, y vapor saturado a la entrada de cada compresor,
y los compresores son isentrópicos.
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