Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 11
entran aproximadamente a 0.32 MPa. (En la práctica, el fluido de trabajo del
ciclo inferior estará a una presión y una temperatura más altas en el intercambiador
de calor, para una transferencia de calor efectiva.) Si el flujo másico
del refrigerante en el ciclo superior es de 0.05 kg/s, determine a) el flujo
másico del refrigerante en el ciclo inferior, b) la tasa de remoción de calor
del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor, así como c) el
coeficiente de desempeño de este refrigerador en cascada.
Solución Se considera un sistema de refrigeración en cascada de dos etapas
que opera entre los límites de presión especificados. Se determinarán el flujo
másico del refrigerante en el ciclo inferior, la tasa de refrigeración, la entrada
de potencia y el COP.
Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 Los cambios
en las energías cinética y potencial son despreciables. 3 El intercambiador
de calor es adiabático.
Propiedades Las entalpías del refrigerante en los ocho estados se determinan
de las tablas del refrigerante y se indican en el diagrama T-s.
Análisis El ciclo de refrigeración se muestra en un diagrama T-s en la figura
11-13. El ciclo superior está marcado como A y el inferior como ciclo B. Para
ambos ciclos, el refrigerante sale del condensador como un líquido saturado y
entra al compresor como un vapor saturado.
a) El flujo másico del refrigerante en el ciclo inferior se encuentra a partir del
balance de energía de flujo estacionario en el intercambiador de calor,
E
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# # # #
salida E entrada ¡ m A h 5 m B h 3 m A h 8 m B h 2
#
#
m A 1h 5 h 8 2 m B 1h 2 h 3 2
#
10.05 kg >s 231251.88 95.472 kJ >kg 4 m B 31255.93 55.162 kJ >kg 4
#
m B 0.0390 kg/s
b) La tasa de calor extraído por el ciclo en cascada es la tasa de absorción de
calor en el evaporador de la etapa inferior. La entrada de potencia en un ciclo
en cascada es la suma de las entradas de potencia en todos los compresores:
# #
Q L m B 1h 1 h 4 2 10.0390 kg >s 231239.16 55.162 kJ >kg 4 7.18 kW
# #
#
#
#
W entrada W compresor I,entrada W compresor II,entrada m A 1h 6 h 5 2 m B 1h 2 h 1 2
T
h 3 = 55.16
h 7 = 95.47
6
h 6 = 270.92 kJ/kg
7
2 h 2 = 255.93
0.8 MPa
A
3
8
0.32 MPa 5
h 8 = 95.47
h 5 = 251.88
B
0.14 MPa
h 1 = 239.16
4
1
h 4 = 55.16
s
FIGURA 11-13
Diagrama T-s del ciclo de refrigeración
en cascada descrito
en el ejemplo 11-4.