Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 11
Espacio refrigerado
frío
Intercambiador
de calor
6
Regenerador
Q
T
Q H
2
3
Intercambiador de calor
5 4
Medio
caliente
Turbina
2
Compresor
1
W neto,entrada
4
5
3
6
Q L
1
s
FIGURA 11-21
Ciclo de refrigeración de gas con regeneración.
El ciclo regenerativo de gas se ilustra en la figura 11-21. El enfriamiento
regenerativo se logra al insertar un intercambiador de calor a contraflujo dentro
del ciclo. Sin regeneración, la temperatura de entrada más baja de la turbina
es T 0 , la temperatura de los alrededores o de cualquier otro medio de
enfriamiento. Con regeneración, el gas de alta presión se enfría aún más hasta
T 4 antes de expandirse en la turbina. La disminución de la temperatura de
entrada de la turbina reduce automáticamente la temperatura de salida de la
misma, que es la temperatura mínima en el ciclo. Es posible conseguir temperaturas
muy bajas cuando este proceso se repite.
EJEMPLO 11-6 El ciclo simple de refrigeración de un gas ideal
Un ciclo de refrigeración de gas ideal que usa aire como medio de trabajo, va
a mantener un espacio refrigerado en 0 °F mientras rechaza calor hacia los
alrededores a 80 °F. La relación de presión del compresor es 4. Determine
a) las temperaturas máxima y mínima en el ciclo, b) el coeficiente de desempeño
y c) la tasa de refrigeración para un flujo másico de 0.1 lbm/s.
Solución Se trabaja con ciclo de refrigeración de gas ideal que usa aire
como medio de trabajo. Se determinarán las temperaturas máxima y mínima,
el COP y la tasa de refrigeración.
Suposiciones 1 Existen condiciones estacionarias de operación. 2 El aire es
un gas ideal con calores específicos variables. 3 Los cambios en las energías
cinética y potencial son insignificantes.
Análisis El diagrama T-s del ciclo se muestra en la figura 11-22. Observe
que se trata de un ciclo ideal de refrigeración por compresión de gas, y en
consecuencia, tanto la turbina como el compresor son isentrópicos y el aire es
enfriado a temperatura ambiente antes de entrar a la turbina.
T, °F
T máx
80
0
T mín
Q H
3
·
4
2
1
·
Q L
FIGURA 11-22
Diagrama T-s del ciclo ideal de refrigeración
de gas descrito en el ejemplo
11-6.
s