Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE REFRIGERACIÓN
del ciclo y la destrucción total de exergía en el ciclo. Las propiedades
del amoniaco en varios estados se dan como sigue:
h 1 1 439.3 kJ/kg, s 1 5.8865 kJ/kg · K, v 1 0.5946 m 3 /kg,
h 2 1 798.3 kJ/kg, h 3 437.4 kJ/kg, s 3 1.7892 kJ/kg · K,
s 4 1.9469 kJ/kg · K. Nota: estado 1, entrada al compresor;
estado 2, salida del compresor; estado 3, salida del condensador;
estado 4, entrada al evaporador.
11-37 Usando EES (u otro software), repita el problema
anterior si se usa como refrigerante amoniaco,
R-134a y R-22. También, para el caso del amoniaco,
investigue los efectos de las presiones en el evaporador y el
condensador en el COP, la eficiencia de la segunda ley y la
destrucción total de exergía. Varíe la presión del evaporador
entre 100 y 400 kPa, y la presión del condensador entre 1 000
y 2 000 kPa.
Selección del refrigerante correcto
11-38C Al seleccionar un refrigerante para cierta aplicación,
¿qué cualidades buscaría usted en el refrigerante?
11-39C Considere un sistema de refrigeración que utiliza
refrigerante 134a como fluido de trabajo. Si este refrigerador
va a operar en un entorno a 30 °C, ¿cuál es la presión mínima
a la que se debe comprimir el refrigerante? ¿Por qué?
11-40C Un refrigerador con refrigerante 134a debe mantener
el espacio refrigerado a 10 °C. ¿Recomendaría usted
una presión de evaporador de 0.12 o de 0.14 MPa para este
sistema? ¿Por qué?
11-41 Un refrigerador que opera en el ciclo ideal por compresión
de vapor con refrigerante 134a debe mantener el espacio
refrigerado a 10 °C rechazando calor al entorno a 25
°C. Seleccione presiones razonables para el evaporador y el
condensador, y explique por qué eligió esos valores.
11-42 Una bomba de calor que opera en el ciclo ideal por
compresión de vapor con refrigerante 134a se usa para calentar
una casa y mantenerla a 26 °C usando agua subterránea a
14 °C como la fuente de calor. Seleccione presiones razonables
para el evaporador y el condensador, y explique por qué
eligió esos valores.
Sistemas de bombas de calor (térmicas)
11-43C ¿Piensa usted que un sistema de bomba de calor
será más eficaz respecto a costos en Nueva York o en Miami?
¿Por qué?
11-44C ¿Qué es una bomba de calor con fuente de agua?
¿Cómo se compara el COP de un sistema de bomba de calor
con fuente de agua con el de un sistema de fuente de aire?
11-45E Una bomba de calor usa refrigerante 134a como
fluido de trabajo, y opera en el ciclo ideal de refrigeración por
compresión de vapor. La presión en el condensador es de 100
psia, y la temperatura del evaporador es de 40 °F. ¿Cuál es el
COP de esta bomba de calor?
11-46 Una bomba de calor opera en el ciclo ideal de refrigeración
por compresión de vapor y usa refrigerante 134a
como fluido de trabajo. El condensador opera a 1.000 kPa, y
el evaporador, a 200 kPa. Determine el COP del sistema y la
tasa de suministro de calor al evaporador cuando el compresor
consume 6 kW.
11-47 Una bomba de calor opera en el ciclo ideal por compresión
de vapor con R-134a como fluido de trabajo. Esta
bomba de calor se usa para mantener un espacio a 25 °C absorbiendo
calor a razón de 2.7 kW de agua geotérmica que fluye
por el evaporador. El evaporador opera a 20 °C, y el condensador
opera a 1 400 kPa. El compresor recibe trabajo igual a 20
kJ por cada kilogramo de refrigerante que fluye en él.
a) Haga un diagrama del equipo y trace el diagrama T-s para
esta bomba de calor.
b) Determine la tasa de transferencia de calor al espacio
calentado a 25 °C.
c) Determine el COP de la bomba de calor.
Datos del refrigerante 134a: T 20 °C: h f 79.3 kJ/kg,
h g 261.6 kJ/kg; P 1 400 kPa: h f 127.2 kJ/kg, h g
276.2 kJ/kg
11-48 Un edificio necesita una bomba de calor de 2 toneladas
para mantener el espacio interior a 27 °C cuando la temperatura
exterior es de 5 °C. La bomba de calor opera en el
ciclo normal de refrigeración por compresión de vapor, y usa
R-134a como fluido de trabajo. Las condiciones de operación
de la bomba de calor necesitan una presión en el evaporador de
240 kPa, y una presión en el condensador de 1 600 kPa. El
compresor tiene una eficiencia isentrópica de 85 por ciento.
La siguiente tabla da datos seleccionados del R-134a:
P, kPa T sat ,°C h f , kJ/kg h g , kJ/kg s g , kJ/kg · K
240 5.37 43 244 0.9222
1 600 57.92 134 275 0.8982
Para el refrigerante 134a con P 1 600 kPa y s 0.9222 kJ/
kg · K, h 285 kJ/kg. También, 1 ton 211 kJ/min.
a) Dibuje el equipo y trace el diagrama T-s para este sistema
de bomba térmica.
b) Determine la potencia necesaria para operar la bomba de
calor, en kW, y el COP. Respuestas: b) 2.14 kW, 3.29
11-49 Una bomba de calor con refrigerante 134a como fluido
de trabajo se usa para mantener un espacio a 25 °C absorbiendo
calor de agua geotérmica que entra al evaporador a 50
°C a razón de 0.065 kg/s y sale a 40 °C. El refrigerante entra
al evaporador a 20 °C con una calidad de 23 por ciento y sale
a la presión de entrada como vapor saturado. El refrigerante
pierde 300 W de calor al entorno cuando fluye por el compresor
y el refrigerante sale del compresor a 1.4 MPa a la misma
entropía que a la entrada. Determine a) los grados de subenfriamiento
del refrigerante en el condensador y b) el flujo másico
del refrigerante, c) la carga de calentamiento y el COP de la
bomba térmica y d) la entrada mínima teórica de potencia al
compresor para la misma carga de calentamiento. Respuestas:
a) 3.8 °C, b) 0.0194 kg/s, c) 3.07 kW, 4.68, d) 0.238 kW