Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CICLOS DE REFRIGERACIÓN
a) la tasa promedio de remoción de calor de la bebida, b) la
tasa promedio de suministro de calor al café y c) la potencia
eléctrica tomada de la batería del automóvil, todo en W.
11-109 Se propone operar un generador termoeléctrico en
combinación con un estanque solar que puede dar calor a
razón de 7 10 6 kJ/h a 90 °C. El calor de desecho se va a
rechazar al ambiente a 22 °C. ¿Cuál es la potencia máxima
que puede producir este generador termoeléctrico?
Problemas de repaso
11-110 Considere un ciclo de refrigeración de Carnot de flujo
estacionario que usa refrigerante 134a como fluido de trabajo.
Las temperaturas máxima y mínima en el ciclo son 30 y –20
°C. La calidad del refrigerante es de 0.15 al principio del proceso
de absorción de calor, y de 0.80 al final. Muestre el ciclo
en un diagrama T-s con relación a las líneas de saturación y
determine a) el coeficiente de desempeño, b) las presiones del
condensador y del evaporador y c) la entrada neta de trabajo.
11-111 Cuartos con áreas de piso hasta de 15 m 2 se enfrían
adecuadamente mediante acondicionadores de aire de ventana
cuya capacidad de enfriamiento es de 5.000 Btu/h. Suponiendo
que el COP del acondicionador de aire es de 3.5, determine la
tasa de ganancia de calor del cuarto, en Btu/h, cuando el acondicionador
está trabajando continuamente para mantener una
temperatura constante.
11-112 Un calentador de agua de bomba térmica calienta
agua absorbiendo calor del aire ambiente y transfiriéndolo
al agua. La bomba térmica tiene un COP de 3.4 y consume
6 kW de electricidad al operar. Determine si esta bomba de
calor puede usarse para satisfacer las necesidades de enfriamiento
del cuarto la mayor parte del tiempo “gratis”, absorbiendo
calor del aire del cuarto. La tasa de ganancia de calor
de un cuarto es usualmente menor de 45.000 kJ/h.
Aire tibio
del cuarto
Aire frío
al cuarto
FIGURA P11-112
Entrada
de agua
fría
Calentador
de agua
Salida
de agua
caliente
11-113 Una bomba de calor que opera en el ciclo ideal por
compresión de vapor con refrigerante 134a se usa para calentar
una casa. El flujo másico del refrigerante es 0.32 kg/s. Las
presiones del condensador y del evaporador son 900 y 200 kPa,
respectivamente. Muestre el ciclo en un diagrama T-s con respecto
a las líneas de saturación y determine a) la tasa de suministro
de calor a la casa, b) el flujo volumétrico de refrigerante
a la entrada del compresor y c) el COP de esta bomba de calor.
11-114 Una bomba térmica acoplada a tierra opera en un
ciclo ideal por compresión de vapor con refrigerante 134a
como fluido de trabajo. Esta bomba térmica tiene un COP
igual a 6 en este modo de enfriamiento, y mantiene un espacio
a 25 °C al absorber calor de dicho espacio a razón de 18 kW
en el evaporador. El evaporador opera a 20 °C, y el condensador
a 1 400 kPa. El agua freática tomada de un pozo a razón
de 0.32 kg/s absorbe el calor transferido del refrigerante en el
condensador.
a) Dibuje el equipo y el diagrama T-s para esta bomba de calor.
b) Si el agua freática entra al condensador a 10 °C, ¿cuál será
la temperatura del agua de enfriamiento al retornarse al
subsuelo? Considere c p = 4.18 kJ/kg · K para el agua de
enfriamiento.
c) Determine el COP de la bomba de calor.
Datos del R-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
11-115 Una bomba de calor opera en el ciclo ideal de refrigeración
por compresión de vapor y usa el refrigerante 22 como
fluido de trabajo. Las condiciones de trabajo para esta bomba
de calor son: temperatura de saturación del evaporador de 5
°C y temperatura de saturación del condensador de 45 °C. En
la tabla que sigue se dan datos selectos del refrigerante 22.
T, o C P sat , kPa h f , kJ/kg h g , kJ/kg s g , kJ/kg · K
5 421.2 38.76 248.1 0.9344
45 1.728 101 261.9 0.8682
Para R-22, a P 1.728 kPa y s 0.9344 kJ/kg · K, T
68.15 °C y h 283.7 kJ/kg. También tome c p, aire 1.005 kJ/
kg · K.
a) Haga un esquema del equipo y trace el diagrama T-s para
esta aplicación de bomba de calor.
b) Determine el COP para esta unidad.
c) El evaporador de esta unidad está ubicado dentro del distribuidor
de aire del edificio. El aire que fluye por el distribuidor
de aire entra a éste a 27 °C, y se limita a una caída
de temperatura de 20 °C. Determine la relación de caudal
volumétrico del aire que entra al distribuidor (m 3 aire /min) al
caudal másico del R-22 (kg R-22 /s) a través del distribuidor
de aire, en (m 3 aire /min)/(kg R-22 /s). Suponga que la presión
del aire es 100 kPa.
11-116 Un acondicionador de aire opera en el ciclo de refrigeración
por compresión de vapor, con R-134a como refrigerante.
El acondicionador de aire se usa para mantener un espacio
a 21 °C rechazando el calor de desecho al aire ambiente a
37 °C. El refrigerante entra al compresor a 180 kPa, sobrecalentado
en 2.7 °C, a razón de 0.06 kg/s, y sale del compresor a
1 200 kPa y 60 °C. El R-134a está subenfriado en 6.3 °C a la
salida del condensador. Determine a) la tasa de enfriamiento
suministrado al espacio, en Btu/h, y el COP; b) la eficiencia
isentrópica y la eficiencia de exergía en el compresor; c) la