Termodinamica - Yunes Cengel y Michael Boles - Septima Edicion

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CAPÍTULO 11
dor como líquido saturado a 800 kPa. El coeficiente de desempeño
de este refrigerador es
a) 2.6 b) 1.0 c) 4.2
d) 3.2 e) 4.4
Problemas de diseño y ensayo
11-147 Escriba un ensayo sobre bombas térmicas basadas en
aire, agua y tierra. Explique las ventajas y desventajas de cada
sistema. Para cada sistema identifique las condiciones bajo las
cuales un sistema es preferible a los otros dos. ¿En qué situaciones
no recomendaría usted un sistema de calentamiento
con bomba de calor?
11-148 Desarrolle y explique técnicas que apliquen el principio
de regeneración para mejorar el desempeño de sistemas
de refrigeración por compresión de vapor.
11-149 El calor que suministra una bomba de calor, que se
usa para mantener la temperatura de un edificio, con frecuencia
se complementa mediante otra fuente de calor directo. La
fracción del calor total necesario que se obtiene como calor
complementario aumenta al disminuir la temperatura del aire
ambiente (que sirve como sumidero de baja temperatura).
Desarrolle un programa de calor complementario como función
de la temperatura del aire ambiente que minimice la
energía total, complementaria y de la bomba de calor, que se
necesita para el servicio del edificio.
11-150 Considere un sistema de refrigeración por compresión
de vapor en cascada que use el mismo fluido de trabajo
en ambos sistemas. ¿Hay una presión a la que se debe operar
el intercambiador de calor que optimice el COP total?
11-151 Considere una planta eléctrica de estanque solar que
opera en un ciclo cerrado Rankine. Usando refrigerante 134a
como fluido de trabajo, especifique las temperaturas y presiones
de operación en el ciclo, y estime el flujo másico necesario
de refrigerante 134a para una producción neta de potencia
de 50 kW. También estime el área superficial del estanque
para este nivel de producción continua de potencia. Suponga
que la energía solar incide en el estanque a razón de 500 W/
m 2 de área de estanque al mediodía, y que el estanque puede
almacenar 15 por ciento de la energía solar incidente en la
zona de almacenamiento.
11-152 Se propone usar un sistema termoeléctrico solar
instalado en la azotea para enfriar edificios residenciales. El
sistema consiste en un refrigerador termoeléctrico energizado
por un generador termoeléctrico cuya superficie superior
es un colector solar. Explique la factibilidad y el costo
de un sistema y determine si el sistema propuesto instalado
en un lado de la azotea puede satisfacer una porción importante
de las necesidades de enfriamiento de una casa típica
en el área donde usted vive.
11-153 Un refrigerador que usa R-12 como fluido de trabajo
mantiene el espacio refrigerado a 15 °C en un entorno
a 30 °C. Se le pide rediseñar este refrigerador reemplazando
el R-12 por el refrigerante 134a, que no destruye la capa de
ozono. ¿Qué cambios sugeriría en los niveles de presión en
el nuevo sistema? ¿Cómo piensa que se comparará el COP
del nuevo sistema con el COP del viejo sistema?
Generador
termoeléctrico
Calor de
rechazo
Refrigerador
termoeléctrico
FIGURA P11-152
Sol
Energía
solar
Corriente
eléctrica
11-154 Las celdas solares o fotovoltaicas convierten la luz
solar en electricidad y se usan comúnmente para energizar
calculadoras, satélites, sistemas de comunicación remota e
incluso bombas. La conversión de luz en electricidad se llama
efecto fotoeléctrico. Lo descubrió en 1839 el francés Edmond
Becquerel, y el primer módulo PV, que consistía en varias
celdas conectadas entre sí, se construyó en 1954 en Bell
Laboratories. Los módulos PV actuales tienen eficiencias de
conversión de alrededor de 12 a 15 por ciento. Observando
que la energía solar que incide en una superficie normal en
la Tierra al mediodía es alrededor de 1.000 W/m 2 en un día
claro, módulos PV en una superficie de 1 m 2 pueden produ-
Agua
Sol
Panel PV
FIGURA P11-154
Bomba energizada
por PV