11-2C ¿Por qué el ciclo de Carnot invertido ejecutado dentro del domo de saturación no es un modelo realista para ciclos de refrigeración? Get solution
11-3 Un ciclo de Carnot de refrigeración de flujo estacionario usa refrigerante 134a como fluido de trabajo. El refrigerante cambia de vapor saturado a líquido saturado a 40 °C en el condensador, cuando rechaza calor. La presión del evaporador es de 100 kPa. Muestre el ciclo en un diagrama T-s en relación con las líneas de saturación, y determine a) el coeficiente de desempeño, b) la cantidad de calor absorbido del espacio refrigerado y c) la entrada neta de trabajo. Respuestas: a) 3.72, b) 128 kJ/kg, c) 34.6 kJ/kg Get solution
11-4E Entra refrigerante 134a al condensador de un refrigerador de Carnot de flujo estacionario como vapor saturado a 90 psia, y sale con una calidad de 0.05. La absorción de calor del espacio refrigerado tiene lugar a una presión de 30 psia. Muestre el ciclo en un diagrama T-s en relación con las líneas de saturación, y determine a) el coeficiente de desempeño, b) la calidad al principio del proceso de absorción de calor y c) la entrada neta de trabajo. Get solution
11-5C ¿El ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor tiene algunas irreversibilidades internas? Get solution
11-6C ¿Por qué no se reemplaza la válvula de estrangulación por una turbina isentrópica en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor? Get solution
11-7C Se propone usar agua en vez de refrigerante 134a como fluido de trabajo en aplicaciones de acondicionamiento de aire cuando la temperatura mínima no caiga nunca por debajo del punto de congelación. ¿Apoyaría usted esta propuesta? Explique. Get solution
11-8C En un sistema de refrigeración, ¿recomendaría usted condensar el refrigerante 134a a una presión de 0.7 o de 1.0 MPa si el calor se va a rechazar a un medio de enfriamiento a 15 °C? ¿Por qué? Get solution
11-9C ¿El área comprendida dentro de un ciclo en un diagrama T-s representa la entrada neta de trabajo para el ciclo de Carnot invertido? ¿Y para el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor? Get solution
11-10C Considere dos ciclos de refrigeración por compresión de vapor. El refrigerante entra a la válvula de estrangulación como líquido saturado a 30 °C en un ciclo y como líquido subenfriado a 30 °C en el otro. La presión del evaporador para ambos ciclos es la misma. ¿Cuál ciclo piensa usted que tendrá un COP más alto? Get solution
11-11C El COP de los ciclos de refrigeración por compresión de vapor mejora cuando el refrigerante se subenfría antes de que entre a la válvula de estrangulación. ¿Se puede subenfriar indefinidamente el refrigerante para maximizar este efecto, o hay un límite inferior? Explique. Get solution
11-12E Un refrigerador opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor y usa refrigerante 134a como fluido de trabajo. El condensador opera a 300 psia, y el evaporador a 20 °F. Si estuviera disponible un dispositivo de expansión adiabática y reversible, y se usara para expandir el líquido que sale del condensador, ¿cuánto mejoraría el COP usando este dispositivo en lugar de un dispositivo de estrangulación? Respuesta: 16.5 por ciento Get solution
11-13 Un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor que usa refrigerante 134a como fluido de trabajo mantiene un condensador a 1.000 kPa y el evaporador a 4 °C. Determine el COP de este sistema y la cantidad de potencia necesaria para proporcionar una carga de enfriamiento de 400 kW. Respuestas: 6.46, 61.9 kW Get solution
11-14 Un refrigerador usa refrigerante 134a como fluido de trabajo y opera en un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor entre 0.12 y 0.7 MPa. El flujo másico del refrigerante es 0.05 kg/s. Muestre el ciclo en un diagrama T-s con respecto a las líneas de saturación. Determine a) la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor, b) la tasa de rechazo de calor al entorno y c) el coeficiente de desempeño. Get solution
11-15 Repita el problema 11-14 para una presión de condensador de 0.9 MPa. Get solution
11-16 Si la válvula de estrangulación en el problema 11-14 se reemplaza por una turbina isentrópica, determine el porcentaje de aumento en el COP y en la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado. Respuestas: 4.2 por ciento, 4.2 por ciento Get solution
11-17 Entra refrigerante 134a al compresor de un refrigerador como vapor sobrecalentado a 0.20 MPa y _5 °C a razón de 0.7 kg/s, y sale a 1.2 MPa y 70 °C. El refrigerante se enfría en el condensador a 44 °C y 1.15 MPa, y se estrangula a 0.2 MPa. Despreciando cualquier transferencia de calor y cualquier caída de presión en las líneas de conexión entre los componentes, muestre el ciclo en un diagrama T-s con respecto a las líneas de saturación, y determine a) la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor, b) la eficiencia isentrópica del compresor, y c) el COP del refrigerador. Respuestas: a) 9.42 kW, 3.36 kW; b) 74.1 por ciento; c) 2.60 Get solution
11-18E Un refrigerador usa refrigerante 134a como su fluido de trabajo y opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor. El refrigerante se evapora a 5 °F y se condensa a 180 psia. Esta unidad proporciona una carga de enfriamiento de 45,000 Btu/h. Determine el flujo másico de refrigerante y la potencia que necesitará esta unidad. Get solution
11-19E Usando software EES (u otro), repita el problema 11-18E si se usa amoniaco en lugar de refrigerante 134a, Get solution
11-20 Un refrigerador comercial con refrigerante 134a como fluido de trabajo se usa para mantener el espacio refrigerado a -30 °C rechazando su calor de desecho a agua de enfriamiento que entra al condensador a 18 °C a razón de 0.25 kg/s y sale a 26 °C. El refrigerante entra al condensador a 1.2 MPa y 65 °C y sale a 42 °C. El estado a la entrada del compresor es de 60 kPa y -34 °C y se estima que el compresor gana un calor neto de 450 W del entorno. Determine a) la calidad del refrigerante a la entrada del evaporador, b) la carga de refrigeración, c) el COP del refrigerador y d) la carga de refrigeración teórica máxima para la misma entrada de potencia al compresor. Get solution
11-21 Entra refrigerante 134a al compresor de un refrigerador a 100 kPa y _20 °C a razón de 0.5 m3/min y sale a 0.8 MPa. La eficiencia isentrópica del compresor es de 78 por ciento. El refrigerante entra a la válvula de estrangulación a 0.75 MPa y 26 °C y sale del evaporador como vapor saturado a _26 °C. Muestre el ciclo en un diagrama T-s con respecto a las líneas de saturación, y determine a) la entrada de potencia al compresor, b) la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado y c) la caída de presión y la tasa de ganancia de calor en la línea entre el evaporador y el compresor. Respuestas: a) 2.40 kW, b) 6.17 kW, c) 1.73 kPa, 0.203 kW Get solution
11-22 Reconsidere el problema 11-21. Usando software EES (u otro), investigue los efectos de variar la eficiencia isentrópica del compresor dentro del rango de 60 a 100 por ciento y el flujo volumétrico de entrada al compresor de 0.1 a 1.0 m3/min, sobre la entrada de potencia y la tasa de refrigeración. Grafique la tasa de refrigeración y la entrada de potencia al compresor como funciones de la eficiencia del compresor para flujos volumétricos de entrada al compresor de 0.1, 0.5 y 1.0 m3/min, y explique los resultados. Get solution
11-23 Un refrigerador usa refrigerante 134a como fluido de trabajo y opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor. El refrigerante entra al evaporador a 120 kPa con una calidad de 30 por ciento y sale del compresor a 60 °C. Si el compresor consume 450 W de potencia, determine a) el flujo másico del refrigerante, b) la presión del condensador y c) el COP del refrigerador. Get solution
11-24 El fabricante de un acondicionador de aire afirma que una de sus unidades tiene una relación de eficiencia energética estacional (SEER) de 16 (Btu/h)/W. La unidad opera en el ciclo normal de refrigeración por compresión de vapor, y usa refrigerante 22 como fluido de trabajo. Este SEER es para las condiciones de operación en las que la temperatura de saturación del evaporador es de –5 °C y la temperatura de saturación del condensador es de 45 °C. La siguiente tabla da los datos del refrigerante 22.
11-25 Un refrigerador real opera en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, con refrigerante 22 como fluido de trabajo. El refrigerante se evapora a –15 °C y se condensa a 40 °C. La eficiencia isentrópica del compresor es de 83 por ciento. El refrigerante tiene un sobrecalentamiento de 5 °C a la entrada del compresor, y un subenfriamiento de 5 °C a la salida del condensador. Determine a) el calor que se quita del espacio enfriado, y el suministro de trabajo, en kJ/kg, y el COP del ciclo. Determine b) los mismos parámetros si el ciclo operase en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor, entre las mismas temperaturas de evaporación y condensación. Las propiedades del R-22 en el caso de la operación real son: h1 _ 402.49 kJ/kg, h2 _ 454.00 kJ/kg, h3 _ 243.19 kJ/kg. Las propiedades del R-22 en el caso de la operación ideal son: h1 _ 399.04 kJ/kg, h2 _ 440.71 kJ/kg, h3 _ 249.80 kJ/kg. Nota: estado 1, entrada al compresor; estado 2, salida del compresor; estado 3, salida del condensador; estado 4, entrada al evaporador. Get solution
11-26 Un refrigerador usa refrigerante R-134a como fluido de trabajo y opera en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor. Las presiones en el evaporador y el condensador son de 200 kPa y 1 400 kPa, respectivamente. La eficiencia isentrópica del compresor es 88 por ciento. El refrigerante entra al compresor a razón de 0.025 kg/s, sobrecalentado en 10.1 °C, y sale del condensador subenfriado en 4.4 °C. Determine a) la tasa de enfriamiento que da el evaporador, el suministro de potencia y el COP. Determine b) los mismos parámetros si el ciclo operase en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor, entre los mismos límites de presión. Get solution
11-27C ¿Cómo se define la eficiencia de exergía de un refrigerador que opera en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor? Proponga dos definiciones alternas y explique cada término. Get solution
11-28C ¿Cómo se define la eficiencia de exergía de una bomba térmica que opere en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor? Proponga dos definiciones alternas y demuestre que cada una se puede deducir de la anterior. Get solution
11-29C Considere el compresor isentrópico de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor. ¿Qué son la eficiencia isentrópica y la eficiencia de exergía de este compresor? Justifique sus respuestas. ¿La eficiencia de exergía de un compresor es necesariamente igual a su eficiencia isentrópica? Explique. Get solution
11-30 Se mantiene un espacio a –23 °C mediante un sistema de refrigeración por compresión de vapor, en un ambiente a 25 °C. El espacio gana calor uniformemente a razón de 3 500 kJ/h, y la tasa de rechazo de calor en el condensador es de 600 kJ/h. Determine el suministro de potencia, en kW, el COP del ciclo y la eficiencia de la segunda ley del sistema. Get solution
11-31 Se deben enfriar plátanos de 28 °C a 12 °C, a razón de 1 140 kg/h, mediante un refrigerador que opera en un ciclo por refrigeración por compresión de vapor. El suministro de potencia al refrigerador es de 8.6 kW. Determine a) la tasa de absorción de calor de los plátanos, en kJ/h, y el COP; b) el suministro mínimo de potencia al refrigerador y c) la eficiencia de la segunda ley y la destrucción de exergía para el ciclo. El calor específico de los plátanos arriba del punto de congelación es de 3.35 kJ/kg • °C. Respuestas: a) 61 100 kJ/h, 1.97; b) 0.463 kW; c) 5.4 por ciento Get solution
11-32 Un sistema de refrigeración por compresión de vapor absorbe calor de un espacio a 0 °C, a razón de 24 000 Btu/h, y rechaza calor al agua en el condensador. El agua experimenta una elevación de temperatura de 12 °C en el condensador. El COP del sistema se estima en 2.05. Determine a) el suministro de potencia al sistema, en kW, b) el flujo másico de agua a través del condensador, y c) la eficiencia de la segunda ley y la destrucción de exergía para el refrigerador. Considere T0 _ 20 °C y cp,agua _ 4.18 kJ/kg _ °C. Get solution
11-33E Se considera un refrigerador que opera en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor, con R-134a como refrigerante. La temperatura del espacio enfriado y el aire ambiente están a 10 °F y 80 °F, respectivamente. El R-134a entra al compresor a 20 psia como vapor saturado, y sale a 140 psia y 160 °F. El refrigerante sale del condensador como líquido saturado. La tasa de enfriamiento suministrado por el sistema es de 45 000 Btu/h. Determine a) el flujo másico del R-134a y el COP; b) la destrucción de exergía en cada componente del ciclo y la eficiencia de exergía del compresor, y c) la eficiencia de la segunda ley del ciclo y la destrucción total de exergía en el ciclo. Get solution
11-34 Un cuarto se mantiene a –12 °C mediante un ciclo de refrigeración por compresión de vapor, con R-134a como refrigerante. El calor se rechaza al agua de enfriamiento que entra al condensador a 20 °C a razón de 0.15 kg/s y sale a 28 °C. El refrigerante entra al condensador a 1.2 MPa y 50 °C y sale como líquido saturado. Si el compresor consume 2.2 kW de potencia, determine a) la carga de refrigeración, en Btu/h y el COP; b) la eficiencia de la segunda ley del refrigerador y la destrucción total de exergía en el ciclo, y c) la destrucción de exergía en el condensador. Considere T0 = 20 °C y cp,agua = 4.18 kJ/kg . °C. del ciclo y la destrucción total de exergía en el ciclo. Las propiedades del amoniaco en varios estados se dan como sigue: h1 = 1 439.3 kJ/kg, s1 =5.8865 kJ/kg • K, v1 = 0.5946 m3/kg, h2 =1 798.3 kJ/kg, h3 = 437.4 kJ/kg, s3= 1.7892 kJ/kg • K, s4 =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. Get solution
11-35 Get solution
11-36 Get solution
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. Get solution
11-38C Al seleccionar un refrigerante para cierta aplicación, ¿qué cualidades buscaría usted en el refrigerante? Get solution
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? Get solution
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? Get solution
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. Get solution
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. Get solution
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? Get solution
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? Get solution
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? Get solution
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. Get solution
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: hf _ 79.3 kJ/kg, hg _ 261.6 kJ/kg; P _ 1 400 kPa: hf _ 127.2 kJ/kg, hg _ 276.2 kJ/kg Get solution
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:
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 Get solution
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. Get solution
11-50 Entra refrigerante 134a al condensador de una bomba de calor residencial a 800 kPa y 55 °C, a razón de 0.018 kg/s, y sale a 750 kPa subenfriado en 3 °C. El refrigerante entra al compresor a 200 kPa sobrecalentado en 4 °C. Determine a) la eficiencia isentrópica del compresor, b) la tasa de suministro de calor al cuarto calentado y c) el COP de la bomba de calor. También determine d) el COP y la tasa de suministro de calor al cuarto calentado si esta bomba de calor opera en el ciclo ideal por compresión de vapor entre los límites de presión de 200 y 800 kPa. Get solution
11-51C ¿Qué es la refrigeración en cascada? ¿Cuáles son las ventajas y las desventajas de la refrigeración en cascada? Get solution
11-52C ¿Cómo se compara el COP de un sistema de refrigeración en cascada con el COP de un ciclo simple de compresión de vapor que opera entre los mismos límites de presión? Get solution
11-53C Cierta aplicación necesita mantener el espacio refrigerado a _32 °C. ¿Recomendaría usted un ciclo simple de refrigeración con refrigerante 134a o una refrigeración en cascada con un refrigerante diferente en el ciclo inferior? ¿Por qué? Get solution
11-54C Considere una refrigeración en cascada de dos etapas y un ciclo de refrigeración con dos etapas de compresión con una cámara de autoevaporación. Ambos ciclos operan entre los mismos límites de presión y usan el mismo refrigerante. ¿Cuál sistema elegiría usted? ¿Por qué? Get solution
11-55C ¿Un sistema de refrigeración por compresión de vapor con un solo compresor puede manejar varios evaporadores que operen a diferentes presiones? ¿Cómo? Get solution
11-56C En el proceso de licuefacción, ¿por qué se comprimen los gases a muy altas presiones? Get solution
11-57 Un sistema de refrigeración por compresión de dos etapas opera con refrigerante 134a entre los límites de presión de 1.4 y 0.10 MPa. El refrigerante sale del condensador como líquido saturado y se estrangula a una cámara de autoevaporación a 0.4 MPa. El refrigerante que sale del compresor de baja presión a 0.4 MPa también se conduce a la cámara de vaporización instantánea. El vapor de la cámara de vaporización instantánea se comprime luego a la presión del condensador mediante el compresor de alta presión, y el líquido se estrangula a la presión del evaporador. Suponiendo que el refrigerante sale del evaporador como vapor saturado y que ambos compresores son isentrópicos, determine a) la fracción del refrigerante que se evapora cuando se le estrangula a la cámara de vaporización instantánea, b) la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado para un flujo másico de 0.25 kg/s a través del condensador y c) el coeficiente de desempeño. Get solution
11-58 Repita el problema 11-57 para una presión de la cámara de vaporización instantánea de 0.6 MPa. Get solution
11-59 Reconsidere el problema 11-57. Usando software EES (u otro), investigue el efecto de los diversos refrigerantes para eficiencias del compresor de 80, 90 y 100 por ciento. Compare el desempeño del sistema de refrigeración con diferentes refrigerantes. Get solution
11-60 Considere un sistema de refrigeración en cascada de dos etapas que opera entre los límites de presión de 1.2 MPa y 200 kPa con refrigerante 134a como fluido de trabajo. El rechazo de calor del ciclo inferior al superior tiene lugar en un intercambiador de calor adiabático a contracorriente en donde las presiones en los ciclos superior e inferior son 0.4 y 0.5 MPa, respectivamente. En ambos ciclos el refrigerante es un líquido saturado a la salida del condensador y un vapor saturado a la entrada del compresor, y la eficiencia isentrópica del compresor es de 80 por ciento. Si el flujo másico del refrigerante en el ciclo inferior es de 0.15 kg/s, determine a) el flujo másico del refrigerante a través del ciclo superior, b) la tasa de remoción del espacio refrigerado y c) el COP de este refrigerador. Get solution
11-61 Un sistema de refrigeración por compresión de dos evaporadores como se muestra en la figura P11-61 utiliza refrigerante 134a como fluido de trabajo. El sistema opera el evaporador 1 a 0 °C, el evaporador 2 a _26.4 °C y el condensador a 800 kPa. El refrigerante se circula por el compresor a razón de 0.1 kg/s, y el evaporador de baja temperatura sirve para una carga de enfriamiento de 8 kW. Determine la tasa de enfriamiento del evaporador de alta temperatura, la potencia necesaria para el compresor y el COP del sistema. El refrigerante es líquido saturado a la salida del condensador, y vapor saturado a la salida de cada evaporador, y el compresor es isentrópico. Respuestas: 6.58 kW, 4.50 kW, 3.24 Get solution
11-62E Un sistema de refrigeración por compresión con dos evaporadores como el de la figura P11-61 usa refrigerante 134a como fluido de trabajo. El sistema opera el evaporador 1 a 30 psia, el evaporador 2 a 10 psia, y el condensador a 180 psia. La carga de enfriamiento para el evaporador 1 es 9.000 Btu/h, y la del evaporador 2 es de 24.000 Btu/h. Determine la potencia necesaria para operar el compresor y el COP de este sistema. El refrigerante es líquido saturado a la salida del condensador, y vapor saturado a la salida de cada evaporador, y el compresor es isentrópico. Get solution
11-63E Repita el problema 11-62E si el evaporador de 30 psia se va a reemplazar por un evaporador de 60 psia para proporcionar una carga de enfriamiento de 30.000 Btu/h. Get solution
11-64 Un sistema de refrigeración en cascada de dos etapas debe dar enfriamiento a _40 °C operando el condensador de alta temperatura a 1.6 MPa. Cada etapa opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor. El sistema superior de refrigeración por compresión de vapor (VCRS, por sus siglas en inglés) usa agua como fluido de trabajo, y opera su evaporador a 5 °C. El ciclo inferior usa refrigerante 134a como fluido de trabajo y opera su condensador a 400 kPa. Este sistema produce un efecto de enfriamiento de 20 kJ/s. Determine los flujos másicos de R-134a y agua en sus ciclos respectivos, y el COP total de este sistema en cascada. Get solution
11-65 Haga un análisis según segunda ley del sistema en cascada del problema 11-64 cuando el depósito térmico de baja temperatura está a _30 °C y el depósito térmico de alta temperatura está a 30 °C. ¿Dónde ocurre la mayor destrucción de exergía? Get solution
11-66 Considere un ciclo de dos etapas de refrigeración en cascada con una cámara de evaporación instantánea como la que se muestra en la figura P11-66, con refrigerante 134a como fluido de trabajo. La temperatura del evaporador es de –10 °C, y la presión del condensador es de 1 600 kPa. El refrigerante sale del condensador como líquido saturado, y se regula a una cámara de evaporación instantánea que opera a 0.45 MPa. Parte del refrigerante se evapora durante este proceso de evaporación instantánea, y este vapor se mezcla con el refrigerante que sale del compresor de baja presión. La mezcla se comprime luego hasta la presión del condensador, mediante el compresor de alta presión. El líquido en la cámara de evaporación instantánea se estrangula hasta la presión del evaporador y enfría el espacio refrigerado al vaporizarse en el evaporador. El flujo másico del refrigerante a través del compresor de baja presión es de 0.11 kg/s. Suponiendo que el refrigerante sale del evaporador como vapor saturado, y que la eficiencia isentrópica es de 86 por ciento para ambos compresores, determine a) el flujo másico del refrigerante a través del compresor de alta presión, b) la tasa de refrigeración suministrada por el sistema, y c) el COP de este refrigerador. También determine d) la tasa de refrigeración y el COP si este refrigerador operase en un ciclo por compresión de vapor de una sola etapa entre la misma temperatura de evaporación y la misma presión del condensador, con la misma eficiencia del compresor y el mismo flujo másico que el calculado en el inciso a). Get solution
11-67C ¿En qué se distingue el ciclo de refrigeración de gas ideal del ciclo Brayton? Get solution
11-68C ¿En qué se distingue el ciclo de refrigeración de gas ideal del ciclo de refrigeración de Carnot? Get solution
11-69C Invente un ciclo de refrigeración que trabaje con base en el ciclo Stirling invertido. También determine el COP para este ciclo. Get solution
11-70C ¿Cómo se modifica el ciclo de refrigeración de gas ideal para enfriamiento de aviones? Get solution
11-71C En los ciclos de refrigeración de gas, ¿se puede reemplazar la turbina por una válvula de expansión como se hizo en los ciclos de refrigeración por compresión de vapor? ¿Por qué? Get solution
11-72C ¿Cómo se logran muy bajas temperaturas en los ciclos de refrigeración de gas? Get solution
11-73 Entra aire al compresor de un ciclo ideal de refrigeración de gas a 7 °C y 35 kPa, y a la turbina a 37 °C y 160 kPa. El flujo másico del aire a través del ciclo es de 0.12 kg/s. Suponiendo calores específicos variables para el aire, determine a) la carga de refrigeración, b) la entrada neta de potencia y c) el coeficiente de desempeño. Respuestas: a) 15.9 kW, b) 8.64 kW, c) 1.84 Get solution
11-74 Repita el problema 11-73 para una eficiencia isentrópica del compresor de 80 por ciento y una eficiencia isentrópica de la turbina de 85 por ciento. Get solution
11-75 Reconsidere el problema 11-74. Usando software EES (u otro), estudie los efectos de las eficiencias isentrópicas de compresor y de turbina, cuando varían de 70 a 100 por ciento, sobre la tasa de refrigeración, el consumo neto de potencia y el COP. Trace el diagrama T-s del ciclo para el caso isentrópico. Get solution
11-76 Un ciclo de refrigeración de gas con una relación de presiones de 3 usa helio como fluido de trabajo. La temperatura del helio es de _10 °C a la entrada del compresor y de 50 °C a la entrada de la turbina. Suponiendo eficiencias isentrópicas de 80 por ciento tanto para la turbina como para el compresor, determine a) la temperatura mínima en el ciclo, b) el coeficiente de desempeño y c) el flujo másico del helio para una carga de refrigeración de 18 kW. Get solution
11-77E Un ciclo de refrigeración de gas ideal usa aire como fluido de trabajo. El aire está a 5 psia y _10 °F a la entrada del compresor, con una relación de compresión de 4. La temperatura a la entrada de la turbina es de 100 °F. Determine el COP del ciclo. Use calores específicos constantes a temperatura ambiente interior. Get solution
11-78E Vuelva a resolver el problema 11-77E con eficiencia isentrópica del compresor de 87 por ciento, eficiencia isentrópica de la turbina de 94 por ciento y caída de presión a través de cada intercambiador de calor de 1 psia. Get solution
11-79 Se va a manejar una carga de enfriamiento de 36 kJ/ kg a 0 °C mediante un ciclo ideal de refrigeración de gas con aire como fluido de trabajo. El calor de desecho de este ciclo se rechaza al entorno a 25 °C. A la entrada del compresor, el aire está a 85 kPa y _13 °C. Determine la relación mínima de presiones para que este sistema opere correctamente. Use calores específicos constantes a temperatura ambiente. Get solution
11-80 Un sistema de refrigeración de gas que usa aire como fluido de trabajo tiene una relación de presiones de 5. El aire entra al compresor a 0 °C. El aire de alta presión se enfría a 35 °C rechazando calor al entorno. El aire sale de la turbina a _80 °C y luego absorbe calor del espacio refrigerado antes de entrar al regenerador. El flujo másico de aire es de 0.4 kg/s. Suponiendo eficiencias isentrópicas de 80 por ciento para el compresor y 85 por ciento para la turbina y usando calores específicos constantes a temperatura ambiente, determine a) la efectividad del regenerador, b) la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado y c) el COP del ciclo. También determine d) la carga de refrigeración y el COP si este sistema operase en el ciclo simple de refrigeración de gas. Use la misma temperatura dada de entrada al compresor, la temperatura de entrada a la turbina como se calculó y las mismas eficiencias de compresor y de turbina. Get solution
11-81 En la figura P11-81 se muestra un sistema ideal de refrigeración de gas con dos etapas de compresión con interenfriamiento que opera con aire que entra al primer compresor a 90 kPa y _18 °C. Cada etapa de compresión tiene una relación de presiones de 4 y los dos interenfriadores pueden enfriar el aire a 10 °C. Calcule el coeficiente de desempeño de este sistema y la razón a la que debe circular el aire por este sistema para manejar una carga de enfriamiento de 75,000 kJ/h. Use calores específicos constantes a temperatura ambiente. Respuestas: 1.19, 0.163 kg/s Get solution
11-82 ¿Cómo cambiarán las respuestas del problema 11-81 cuando la eficiencia isentrópica de cada compresor sea de 85 por ciento y la eficiencia isentrópica de la turbina sea de 95 por ciento? Get solution
11-83 Se usa un ciclo de refrigeración de gas regenerativo con argón como fluido de trabajo para mantener un espacio a –45 °C, rechazando calor al aire ambiente a 0 °C. El argón entra al compresor a –30 °C con un caudal de 0.08 kg/s. El ciclo tiene una relación de presiones de 5. La temperatura del argón disminuye de 15 °C a –38 °C en el regenerador. Las eficiencias isentrópicas tanto del compresor como de la turbina son 82 por ciento. Determine a) la carga de refrigeración y el COP; b) el suministro mínimo de potencia, la eficiencia de la segunda ley del ciclo y la destrucción total de exergía en el ciclo. Las propiedades del argón son cp = 0.5203 kJ/kg • K y k = 1.667. Get solution
11-84C ¿Se puede usar agua como refrigerante en aplicaciones de acondicionamiento de aire? Explique. Get solution
11-85C ¿Qué es la refrigeración por absorción? ¿En qué se distingue un sistema de refrigeración por absorción de un sistema de refrigeración por compresión de vapor? Get solution
11-86C ¿Cuáles son las ventajas y las desventajas de la refrigeración por absorción? Get solution
11-87C En los ciclos de refrigeración por absorción, ¿por qué se enfría el fluido en el absorbedor y se calienta el fluido en el generador? Get solution
11-88C ¿Cómo se define el coeficiente de desempeño de un sistema de refrigeración por absorción? Get solution
11-89C ¿Cuáles son las funciones del rectificador y del regenerador en un sistema de refrigeración por absorción? Get solution
11-90 Un sistema de refrigeración por absorción que recibe calor de una fuente a 95 °C y mantiene el espacio refrigerado a 0 °C se asegura que tiene un COP de 3.1. Si la temperatura del entorno es de 19 °C, ¿puede ser válida esa afirmación? Justifique su respuesta. Get solution
11-91 Un sistema de refrigeración por absorción recibe calor de una fuente a 120 °C y mantiene el espacio refrigerado a 0 °C. Si la temperatura del entorno es de 25 °C, ¿cuál es el máximo COP que puede tener este sistema de refrigeración por absorción? Get solution
11-92 Se suministra calor a un sistema de refrigeración por absorción de un pozo geotérmico a 130 °C, a razón de 5 _ 105 kJ/h. El entorno está a 25 °C, y el espacio refrigerado se mantiene a _30 °C. Determine la tasa máxima a la que este sistema puede quitar calor del espacio refrigerado. Respuesta: 5.75 _105 kJ/h Get solution
11-93 Un refrigerador por absorción reversible consiste en una máquina térmica reversible y un refrigerador reversi- ble. El sistema quita calor de un espacio enfriado a _15 °C a razón de 70 kW. El refrigerador opera en un entorno a 25 °C. Si el calor se suministra al ciclo mediante la condensación de vapor de agua saturado a 150 °C, determine a) la tasa de condensación de vapor y b) el suministro de potencia al refrigerador reversible. c) Si el COP de un enfriador por absorción real a los mismos límites de temperatura es de 0.8, determine la eficiencia según la segunda ley de este enfriador. Get solution
11-94E Se usa un ciclo de refrigeración de absorción de amoniaco-agua para mantener un espacio a 25 °F cuando la temperatura ambiente es de 70 °F. El amoniaco puro entra al condensador a 300 psia y 140 °F, a razón de 0.04 lbm/s. El amoniaco sale del condensador como líquido saturado y se expande a 30 psia. El amoniaco sale del evaporador como vapor saturado. El calor se suministra al generador por agua líquida geotérmica que entra a 240 °F a razón de 0.55 lbm/s, y sale a 200 °F. Determine a) la tasa de enfriamiento que suministra el sistema, en Btu/h, el COP, y b) la eficiencia de la segunda ley del sistema. Las entalpías para el amoniaco en los varios estados del sistema son: entrada del condensador, h2 = 665.7 Btu/lbm; entrada del evaporador, h4 = 190.9 Btu/lbm; salida del evaporador, h1 = 619.2 Btu/lbm. También considere el calor específico del agua geotérmica como 1.0 Btu/lbm • °F. Get solution
11-95C ¿Qué es un circuito termoeléctrico? Get solution
11-96C Describa los efectos Seebeck y Peltier. Get solution
11-97C Considere un alambre circular de cobre formado conectando sus dos extremos. El punto de conexión se calienta ahora por la llama de una vela. ¿Espera usted que circule alguna corriente eléctrica por el alambre? Get solution
11-98C Se forma un circuito cerrado conectando los extremos de un alambre de hierro y uno de constantano. Ahora se calientan ambas uniones y se mantienen a la misma tempera tura. ¿Espera usted que fluya una corriente eléctrica por este circuito? Get solution
11-99C Se forma un circuito cerrado conectando los extremos de un alambre de cobre y uno de constantano. Ahora una unión se calienta por la llama de una vela mientras el otro se mantiene a temperatura ambiente. ¿Espera usted que fluya una corriente eléctrica por este circuito? Get solution
11-100C ¿De qué modo funciona un termopar como dispositivo de medición de temperatura? Get solution
11-101C ¿Por qué los materiales semiconductores son preferibles a los metales en los refrigeradores termoeléctricos? Get solution
11-102C ¿La eficiencia de un generador termoeléctrico está limitada por la eficiencia de Carnot? ¿Por qué? Get solution
11-103E Un generador termoeléctrico recibe calor de una fuente a 340 °F y rechaza el calor de desecho al ambiente a 90 °F. ¿Cuál es la máxima eficiencia térmica que puede tener este generador termoeléctrico? Respuesta: 31.3 por ciento Get solution
11-104 Un refrigerador termoeléctrico quita calor de un espacio refrigerado a _5 °C a razón de 130 W, y lo rechaza al ambiente a 20 °C. Determine el coeficiente máximo de desempeño que puede tener este refrigerador termoeléctrico y la alimentación necesaria mínima de potencia. Respuestas: 10.72, 12.1 W Get solution
11-105 Un enfriador termoeléctrico tiene un COP de 0.15 y quita calor de un espacio refrigerado a razón de 180 W. Determine la alimentación necesaria de potencia al enfriador termoeléctrico, en W. Get solution
11-106E Un enfriador termoeléctrico tiene un COP de 0.18, y el suministro de potencia al enfriador es de 1.8 HP. Determine la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado, en Btu/min. Get solution
11-107 Un refrigerador termoeléctrico recibe potencia de una batería de automóvil de 12 V que da 3 A de corriente cuando está en operación. El refrigerador parece una pequeña hielera, y se dice que enfría nueve bebidas enlatadas, de 0.350 L cada una, de 25 a 3 °C, en 12 h. Determine el COP promedio de este refrigerador. Get solution
11-108E Hay disponibles comúnmente enfriadores termoeléctricos que se conectan en el receptáculo de encendedor de un automóvil. Se afirma que uno de estos enfriadores enfría una bebida de 12 onzas (0.771 lbm) de 78 a 38 °F o calienta una taza de café de 75 a 130 °F en alrededor de 15 min en un portavasos bien aislado. Suponiendo un COP promedio de 0.2 en el modo operativo de enfriamiento, determine 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. Get solution
11-109 Se propone operar un generador termoeléctrico en combinación con un estanque solar que puede dar calor a razón de 7 X 106 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? Get solution
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. Get solution
11-111 Cuartos con áreas de piso hasta de 15 m2 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. Get solution
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. Get solution
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. Get solution
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 cp = 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: hf = 79.3 kJ/kg, hg =261.6 kJ/kg; P = 1 400 kPa: hf = 127.2 kJ/kg, hg = 276.2 kJ/kg Get solution
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.
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 destrucción de exergía en cada componente del ciclo y la destrucción total de exergía en el ciclo, y d) el suministro mínimo de potencia y la eficiencia de la segunda ley del ciclo. Get solution
11-117 Considere una planta productora de hielo que opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor y usa refrigerante 134a como fluido de trabajo. Las condiciones de operación del ciclo de refrigeración necesitan una presión del evaporador de 140 kPa y una presión del condensador de 1.200 kPa. El agua de enfriamiento fluye a través de chaquetas de agua que rodean el condensador, y se suministra a una razón de 200 kg/s. El agua de enfriamiento tiene una elevación de temperatura de 10 °C cuando fluye por la chaqueta de agua. Para producir hielo, se alimenta agua potable a la sección enfriadora del ciclo de refrigeración. Para cada kg de hielo producido, se deben quitar 333 kJ de energía del agua potable suministrada. a) Haga un esquema del equipo para los tres fluidos de trabajo involucrados a este sistema de producción de hielo, y trace el diagrama T-s para el ciclo de refrigeración. b) Determine el flujo másico del refrigerante, en kg/s. c) Determine el flujo másico de suministro de agua potable, en kg/s. Get solution
11-118 El congelamiento rápido de frutas frescas necesita aire a _34 °C. Un refrigerador con refrigerante 134a como fluido de trabajo produce este aire operando su evaporador a _37 °C y su condensador a 1.200 kPa, mientras rechaza calor al aire ambiente a 30 °C. Si la eficiencia isentrópica del compresor es de 90 por ciento y el vapor que entra al compresor se sobrecalienta en 7 °C, determine el proceso que provoca la mayor cantidad de pérdida de exergía. Respuesta: 22.5 kJ/kg (válvula de expansión) Get solution
11-119 Vuelva a resolver el problema 11-118 con un subenfriamiento de 6.3 °C a la salida del condensador. Get solution
11-120 Considere un sistema de refrigeración por compresión de dos etapas que opera entre los límites de presión de 1.4 y 0.18 MPa. El fluido de trabajo es refrigerante 134a. El refrigerante sale del condensador como líquido saturado y se estrangula hacia una cámara de vaporización instantánea que opera a 0.6 MPa. Parte del refrigerante se evapora durante este proceso, y este vapor se mezcla con el refrigerante que sale del compresor de baja presión. La mezcla se comprime luego a la presión del condensador mediante el compresor de alta presión. El líquido de la cámara de vaporización instantánea se estrangula a la presión del evaporador y enfría el espacio refrigerado al vaporizarse en el evaporador. Suponiendo que este refrigerante sale del evaporador como vapor saturado, y que ambos compresores son isentrópicos, determine a) la fracción del refrigerante que se evapora al estrangularse hacia la cámara de vaporización instantánea, b) la cantidad de calor que se quita del espacio refrigerado y el trabajo del compresor por unidad de masa de refrigerante que fluye por el condensador, y c) el coeficiente de desempeño. Get solution
11-121E Un sistema de refrigeración por compresión con dos evaporadores, como se muestra en la figura P11-121E, usa refrigerante 134a como fluido de trabajo. El sistema opera el evaporador 1 a 30 °F, el evaporador 2 a _29.5 °F y el condensador a 160 psia. La carga de enfriamiento del evaporador 1 es el doble que la del evaporador 2. Determine la carga de enfriamiento de ambos evaporadores por unidad de flujo a través del compresor, así como el COP de este sistema. El refrigerante es líquido saturado a la salida del condensador y vapor saturado a la salida de cada evaporador, y el compresor es isentrópico. Get solution
11-122E Reconsidere el problema 11-121E. El sistema de refrigeración de ese problema enfría un depósito térmico a _15 °F y uno a 40 °F, mientras rechaza calor a un depósito a 80 °F. ¿Cuál proceso tiene la destrucción de exergía más alta? Get solution
11-123 Un sistema de refrigeración por compresión de dos etapas con una unidad adiabática de separación de fase líquida y de vapor, como se muestra en la figura P11-123, usa refrigerante 134a como fluido de trabajo. El sistema opera el evaporador a _32 °C, el condensador a 1.400 kPa y el separador a 8.9 °C. El refrigerante se circula por el condensador a razón de 2 kg/s. Determine la tasa de enfriamiento y el consumo de potencia para este sistema. El refrigerante es líquido saturado a la entrada de cada válvula de expansión, y vapor saturado a la entrada de cada compresor, y los compresores son isentrópicos. Get solution
11-124 ¿Cuál proceso del ciclo en el problema 11-123 tiene la mayor tasa de destrucción de exergía cuando el depósito de baja temperatura está a _18 °C y el depósito de alta temperatura está a 25 °C? Respuesta: 26.2 kW (condensador) Get solution
11-125 Considere un ciclo regenerativo de refrigeración de gas que usa helio como fluido de trabajo. El helio entra al compresor a 100 kPa y _10 °C y se comprime a 300 kPa. Luego se enfría el helio a 20 °C por medio de agua, y posteriormente entra al regenerador, donde se enfría más antes de entrar a la turbina. El helio sale del espacio refrigerado a _25 °C y entra al regenerador. Suponiendo que tanto la turbina como el compresor son isentrópicos, determine a) la temperatura del helio a la entrada de la turbina, b) el coeficiente de desempeño del ciclo y c) la entrada neta de potencia necesaria para un flujo másico de 0.45 kg/s. Get solution
11-126 Un sistema de refrigeración por absorción debe quitar calor del espacio refrigerado a 2 °C a razón de 28 kW operando en un ambiente a 25 °C. El calor se va a suministrar de un estanque solar a 95 °C. ¿Cuál es la tasa mínima de suministro de calor que se necesita? Respuesta: 12.3 kW Get solution
11-127 Reconsidere el problema 11-126. Usando software EES (u otro), investigue los efectos de la temperatura de la fuente sobre la tasa mínima de suministro de calor. Deje que la temperatura de la fuente varíe de 50 a 250 °C. Grafique la tasa mínima de suministro de calor como función de la temperatura de la fuente y explique los resultados. Get solution
11-128 Un sistema de refrigeración de gas que usa aire como fluido de trabajo tiene una relación de presiones de 5. El aire entra al compresor a 0 °C. El aire de alta presión se enfría a 35 °C rechazando calor al entorno. El refrigerante sale de la turbina a _80 °C y entra al espacio refrigerado donde absorbe calor antes de entrar al regenerador. El flujo másico del aire es 0.4 kg/s. Suponiendo eficiencias isentrópicas de 80 por ciento para el compresor y 85 por ciento para la turbina, y usando calores específicos variables, determine a) la efectividad del regenerador, b) la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado y c) el COP del ciclo. También determine d) la carga de refrigeración y el COP si este sistema operase en el ciclo simple de refrigeración de gas. Use la misma temperatura de entrada al compresor dada, la temperatura de entrada a la turbina y las mismas eficiencias de compresor y de turbina. Get solution
11-129 El sistema de refrigeración de la figura P11-129 es otra variación del sistema básico de refrigeración por compresión de vapor que intenta reducir el trabajo de compresión. En este sistema se usa un intercambiador de calor para sobrecalentar el vapor que entra al compresor al mismo tiempo que se subenfría el líquido que sale del condensador. Considere un sistema de este tipo que usa refrigerante 134a como su fluido refrigerante y opera el evaporador a _10.1 °C, y el condensador a 800 kPa. Determine el COP del sistema cuando el intercambiador de calor da un subenfriamiento de 11.3 °C a la entrada de la válvula de estrangulación. Suponga que el refrigerante sale del evaporador como vapor saturado y que el compresor es isentrópico. Respuesta: 5.23 Get solution
11-130 Repita el problema 11-129 si el intercambiador de calor da 21.3 °C de subenfriamiento. Get solution
11-131 Un sistema ideal de refrigeración de gas con tres etapas de compresión con interenfriamiento opera con aire que entra al primer compresor a 50 kPa y _30 °C. Cada compresor de este sistema tiene una relación de presiones de 7, y la temperatura del aire a la salida de todos los interenfriadores es de 15 °C. Calcule el COP de este sistema. Use calores específicos constantes a temperatura ambiente. Get solution
11-132 El tubo de remolino (llamado también tubo de Ranque o de Hirsch) es un dispositivo que produce un efecto de refrigeración al expandir gas, por ejemplo aire, presionado, en un tubo (en vez de una turbina como en el ciclo Brayton in-vertido). Lo inventó y lo patentó Ranque en 1931, y lo mejoró Hirsch en 1945, y está disponible comercialmente en varios tamaños. El tubo de remolino es simplemente un tubo circular recto provisto de una tobera, como se muestra en la figura. El aire comprimido a la temperatura T1 y la presión P1 se acelera en la tobera expandiéndolo casi a la presión atmosférica, y se introduce tangencialmente en el tubo a una velocidad muy alta (típicamente supersónica), para producir un movimiento de remolino (vórtice) dentro del tubo. El gas con este movimiento giratorio se deja salir por el tubo de diámetro mayor que se extiende hacia la derecha, y el flujo másico se controla mediante una válvula colocada aproximadamente a 30 diámetros corriente abajo. Una cantidad más pequeña de aire en la región central se deja escapar hacia la izquierda por una pequeña abertura en el centro. Se observa que el gas que está en la región central y escapa por la abertura central está frío, mientras que el gas que está en la región periférica y escapa por el tubo de diámetro mayor está caliente. Si la temperatura y el flujo másico del aire frío son Tf y m . f, respectivamente, la tasa de refrigeración en el tubo de remolino se puede expresar como
donde cp es el calor específico del gas y T1 _ Tf es la caída de temperatura del gas en el tubo de remolino (el efecto de enfriamiento). Se obtienen caídas de temperatura tan altas como 60 °C (o 108 °F) a altas relaciones de presiones de alrededor de 10. El coeficiente de desempeño de un tubo de remolino se puede definir como la relación de la tasa de refrigeración como se indica antes, con respecto a la potencia utilizada para comprimir el gas. Va de alrededor de 0.1 a 0.15, que está claramente inferior a los COP de los refrigeradores ordinarios por compresión de vapor. Este interesante fenómeno se puede explicar como sigue: La fuerza centrífuga crea un gradiente de presión radial en el vórtice, y así el gas en la periferia se presuriza y se calienta por el gas que está en la región central, que, como resultado, se enfría. Asimismo, la energía se transfiere de las capas internas hacia las externas cuando éstas desaceleran las capas internas debido a la viscosidad del fluido que tiende a producir un vórtice bien definido. Estos dos efectos hacen que la energía y, por lo tanto, la temperatura del gas en la región central, decline. La conservación de la energía exige que la energía del fluido en las capas externas aumente en una cantidad equivalente. El tubo de remolino no tiene partes móviles, y por lo tanto es inherentemente confiable y durable. La fácil disponibilidad de aire comprimido a presiones hasta de 10 atm en la mayoría de instalaciones industriales hace que el tubo de remolino resulte especialmente atractivo en tales instalaciones. A pesar de su baja eficiencia, el tubo de remolino ha encontrado aplicación en operaciones de enfriamiento localizado de pequeña escala, como el enfriamiento de piezas soldadas o componentes electrónicos críticos, enfriamiento de agua de beber y el enfriamiento de ropas de trabajadores en entornos calientes. Considere un tubo de remolino que recibe aire comprimido a 500 kPa y 300 K y suministra 25 por ciento de éste como aire frío a 100 kPa y 278 K. El aire ambiente está a 300 K y 100 kPa, y el compresor tiene una eficiencia isentrópica de 80 por ciento. El aire sufre una caída de presión de 35 kPa en el posenfriador y las líneas de aire comprimido entre el compresor y el tubo de remolino. a) Sin realizar ningún cálculo, explique cómo se compararía el COP del tubo de remolino con el COP de un sistema real de refrigeración de aire basado en el ciclo Brayton invertido para la misma relación de presiones. También compare las temperaturas mínimas que se pueden obtener por los dos sistemas para la misma temperatura y la misma presión de entrada. b) Suponiendo que el tubo de remolino es adiabático, y usando calores específicos a temperatura ambiente, determine la temperatura de salida del flujo de aire caliente. c) Demuestre, con cálculos, que este proceso no viola la segunda ley de la termodinámica. d) Determine el coeficiente de desempeño de este sistema de refrigeración y compárelo con el COP de un refrigerador de Carnot. Get solution
11-133 Repita el problema 11-132 para una presión de 600 kPa en la toma del tubo de remolino. Get solution
11-134 Usando software EES (u otro), investigue el efecto de la presión del evaporador sobre el COP de un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor con refrigerante 134a como fluido de trabajo. Suponga que la presión del condensador se mantiene constante a 1.4 MPa, mientras la presión de evaporación se hace variar de 100 kPa a 500 kPa. Grafique el COP del ciclo de refrigeración contra la presión del evaporador, y explique los resultados. Get solution
11-135 Usando software EES (u otro), investigue el efecto de la presión del condensador sobre el COP de un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor con refrigerante 134a como fluido de trabajo. Suponga que la presión del evaporador se mantiene constante a 150 kPa mientras la presión del condensador varía entre 400 y 1.400 kPa. Grafique el COP del ciclo de refrigeración contra la presión del condensador, y explique los resultados. Get solution
11-136 Deduzca una relación para el COP del sistema de refrigeración de dos etapas con una cámara de vaporización instantánea que se muestra en la figura 11-14, en términos de las entalpías y la calidad en el estado 6. Considere la unidad de masa en el condensador. Get solution
11-137 Considere una bomba de calor que opera en el ciclo de Carnot invertido con refrigerante 134a como fluido de trabajo, que se ejecuta por debajo del domo de saturación entre los límites de presión de 140 y 800 kPa. El R-134a cambia de vapor saturado a líquido saturado durante el proceso de rechazo de calor. La entrada neta de trabajo para este ciclo es a) 28 kJ/kg b) 34 kJ/kg c) 49 kJ/kg d) 144 kJ/kg e) 275 kJ/kg Get solution
11-138 Un refrigerador quita calor de un espacio refrigerado a 0 °C a una de 2.2 kJ/s y lo rechaza al ambiente a 20 °C. La entrada mínima de potencia necesaria es a) 89 W b) 150 W c) 161 W d) 557 W e) 2 200 W Get solution
11-139 Un refrigerador opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor con refrigerante 134a como fluido de trabajo entre los límites de presión de 120 y 800 kPa. Si la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado es de 32 kJ/s, el flujo másico del refrigerante es a) 0.19 kg/s b) 0.15 kg/s c) 0.23 kg/s d) 0.28 kg/s e) 0.81 kg/s Get solution
11-140 Una bomba térmica opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor con refrigerante 134a como fluido de trabajo entre los límites de presión de 0.32 y 1.2 MPa. Si el flujo másico del refrigerante es de 0.193 kg/s, la tasa de suministro de calor por una bomba de calor al espacio calentado es a) 3.3 kW b) 23 kW c) 26 kW d) 31 kW e) 45 kW Get solution
11-141 Un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor con refrigerante 134a como fluido de trabajo opera entre los límites de presión de 120 kPa y 700 kPa. La fracción másica de refrigerante que está en fase líquida a la entrada del evaporador es a) 0.69 b) 0.63 c) 0.58 d) 0.43 e) 0.35 Get solution
11-142 Considere una bomba de calor que opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor con refrigerante 134a como fluido de trabajo entre los límites de presión de 0.32 y 1.2 MPa. El coeficiente de desempeño de esta bomba térmica es a) 0.17 b) 1.2 c) 3.1 d) 4.9 e) 5.9 Get solution
11-143 Un ciclo ideal de refrigeración que usa aire como fluido de trabajo opera entre los límites de presión de 80 y 280 kPa. El aire se enfría a 35 °C antes de entrar a la turbina. La temperatura mínima de este ciclo es a) _58 °C b) _26 °C c) 5 °C d) 11 °C e) 24 °C Get solution
11-144 Considere un ciclo ideal de refrigeración de gas que usa helio como fluido de trabajo. El helio entra al compresor a 100 kPa y 17 °C y se comprime a 400 kPa. Luego se enfría a 20 °C antes de entrar a la turbina. Para un flujo másico de 0.2 kg/s, la entrada neta de trabajo necesaria es a) 28.3 kW b) 40.5 kW c) 64.7 kW d) 93.7 kW e) 113 kW Get solution
11-145 Un sistema de acondicionamiento de aire por absorción debe quitar calor de un espacio acondicionado a 20 °C, a razón de 150 kJ/s, operando en un entorno que está a 35 °C. El calor operativo se suministra de una fuente geotérmica a 140 °C. La tasa mínima de suministro de calor es a) 86 kJ/s b) 21 kJ/s c) 30 kJ/s d) 61 kJ/s e) 150 kJ/s Get solution
11-146 Considere un refrigerador que opera en un ciclo de refrigeración por compresión de vapor con R-134a como fluido de trabajo. El refrigerante entra al compresor como vapor saturado a 160 kPa y sale a 800 kPa y 50 °C, y sale del condensa- 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 Get solution
