Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 6
condiciones climáticas. Por ejemplo, en el modo de acondicionamiento de aire
operan a velocidades mayores en días cálidos y a velocidades menores en días
más fríos, así que se mejora la eficiencia y el confort.
El EER o COP de un refrigerador disminuye con la decreciente temperatura
de refrigeración, por lo tanto no es económico refrigerar a una temperatura
menor a la necesaria. Los valores de COP para los refrigeradores están
en el intervalo de 2.6 a 3.0 para áreas de edición y preparación; 2.3 a 2.6 para
carne, embutidos, lácteos y frutas; 1.2 a 1.5 para alimentos congelados, y 1.0
a 1.2 para unidades de helados. Observe que el COP de los congeladores es
casi la mitad del de los refrigeradores para carne, por lo tanto cuesta el doble
enfriar productos a base de carne con aire refrigerado que está lo suficientemente
frío para alimentos congelados. Una buena práctica de conservación de
energía es usar sistemas de refrigeración separados para satisfacer diferentes
necesidades de refrigeración.
EJEMPLO 6-3 Rechazo de calor mediante un refrigerador
El compartimiento para comida de un refrigerador, que se muestra en la figura
6-24, se mantiene a 4 °C al extraer calor de éste a una tasa de 360 kJ/min.
Si la entrada de potencia requerida al refrigerador es de 2 kW, determine a)
el coeficiente de desempeño del refrigerador y b) la tasa de rechazo de calor
hacia la habitación que aloja al refrigerador.
Solución Se conoce el consumo de potencia de un refrigerador. Se determinarán
el COP y la tasa de rechazo de calor.
Suposición Existen condiciones de operación estacionarias.
Análisis a) El coeficiente de desempeño del refrigerador es
Cocina
·
Q H
·
W neto,entrada = 2 kW
R
·
Q L = 360 kJ/min
#
L
Q 360 kJ >min
COP R #
W neto,entrada
2 kW
1 kW
a
60 kJ >min b 3
Compartimiento
de alimentos
4 °C
Es decir, 3 kJ de calor se extraen del espacio refrigerado por cada kJ de trabajo
suministrado.
b) La tasa a la que se rechaza calor hacia la habitación donde se encuentra el
refrigerador se determina a partir de la relación de conservación de la energía
para dispositivos cíclicos,
FIGURA 6-24
Esquema para el ejemplo 6-3.
Q
# H Q
# # 60 kJ >min
L W neto,entrada 360 kJ >min 12 kW 2a b 480 kJ/min
1 kW
Comentario Observe que la energía removida del espacio refrigerado como calor
y la energía suministrada al refrigerador como trabajo eléctrico, al final se manifiestan
en el aire de la habitación y se vuelven parte de la energía interna del
aire. Esto demuestra que la energía interna puede cambiar de una forma a otra,
moverse de un lugar a otro, pero nunca se destruye durante un proceso.
EJEMPLO 6-4 Calentamiento de una casa mediante una bomba
de calor
Se utiliza una bomba de calor para satisfacer los requerimientos de calefacción
de una casa y mantenerla a 20 °C. Se estima que la casa pierde calor a
una tasa de 80 000 kJ/h en un día en el que la temperatura del aire exterior
desciende a 2 °C. Si la bomba de calor en estas condiciones tiene un COP
de 2.5, determine a) la potencia consumida por la bomba de calor y b) la tasa
a la que se extrae calor del aire frío exterior.