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• Marco Rodrigūez

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A 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 R12 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? a) Datos. 𝑅𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑅 − 12 𝐸𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑇𝐿 = −15℃ 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 𝑇𝐻 = 30℃

b) Determinar. ∆𝑃; 𝐶𝑂𝑃𝑅 c) Suposiciones.

Sistema de operación estable. d) Esquemas.

e) Análisis. 𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝟏 − 𝟐 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑠 = 𝐶𝑇𝐸

𝑃1 = 𝑃𝑠𝑎𝑡@ − 15℃ = 0.18260 𝑀𝑃𝑎 𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎 𝐴3.1 𝑆𝐼 { 𝑠1 ≈ 𝑠𝑔@ − 15℃ = 0.70513 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾 ℎ1 ≈ ℎ𝑔@ − 15℃ = 180.974 𝑘𝐽/𝑘𝑔

𝑃1 = 𝑃4 = 0.1860𝑀𝑃𝑎 𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝟐 − 𝟑 𝑅𝑒𝑐ℎ𝑎𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑃 = 𝐶𝑇𝐸 𝑃3 = 𝑃𝑠𝑎𝑡@30℃ = 0.74490𝑀𝑃𝑎 ℎ ≈ ℎ𝑓@30℃ = 64.592 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎 𝐴3.1 𝑆𝐼 { 3 𝑠3 ≈ 𝑠𝑓@30℃ = 0.23991 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾 𝑠𝑔@30°𝐶 = 0.68530𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾 𝑠𝑔@30°𝐶 = 0.68530

𝑘𝐽 𝑘𝐽 < 𝑠1 = 𝑠2 = 0.70513 𝑘𝑔 ∙ 𝐾 𝑘𝑔 ∙ 𝐾

𝑃3 = 𝑃2 = 0.74490𝑀𝑃𝑎

𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑝𝑜𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜 ℎ𝑎𝑙𝑙𝑎𝑚𝑜𝑠 ℎ2

{

𝑃 [𝑀𝑃𝑎]

ℎ [𝑘𝐽/𝑘𝑔]

𝑠 [𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

0.7 0.7449 0.8

207.73 x=206.98 206.074

0.71529 x=0.7093 0.7021

𝑠 [𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

ℎ [𝑘𝐽/𝑘𝑔]

0.68530 0.70513 0.7093

199.62 x=205.72 206.98

𝑃2 = 0.74490 𝑀𝑃𝑎 𝑠2 = 0.70513[𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

→ ℎ2 = 205.70[𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

TRABAJO DEL COMPRESOR 𝑤𝑐 = 𝑤𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 = ℎ2 − ℎ1 𝑤𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 = 205.7 𝑘𝐽/𝑘𝑔 − 181.974 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑤𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 = 24.726 𝑘𝐽𝑘𝑔 CALOR DE SALIDA 𝑞𝐻 = 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑒 = ℎ2 − ℎ3 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑒 = 205.7 𝑘𝐽/𝑘𝑔 − 64.592 𝑘𝐽/𝑘𝑔

𝑆𝑂𝐵𝑅𝐸𝐶𝐴𝐿𝐸𝑁𝑇𝐴𝐷𝑂

𝑞𝑠𝑎𝑙𝑒 = 141.108 𝑘𝐽/𝑘𝑔

𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝟑 − 𝟒 𝐸𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝐻 = 𝐶𝑇𝐸 ℎ3 = ℎ4 = 64.592 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝟒 − 𝟏 𝐴𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑃 = 𝐶𝑇𝐸

𝑃4 = 𝑃1 = 0.18260𝑀𝑃𝑎 𝑞𝐿 = ℎ1 − ℎ4 𝑞𝐿 = (180.974 − 64.592 )𝑘𝐽/𝑘𝑔 = 116.382

𝑘𝐽 𝑘𝑔

COEFICIENTE DE DESEMPEÑO DEL REFRIGERADOR. 𝐶𝑂𝑃𝑅−12 =

𝑞𝐿 𝑤𝑒𝑛𝑡

𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝐶𝑂𝑃𝑅 = = 4.69 𝑘𝐽 24.726 𝑘𝑔 116.382

Datos R12

Codigo "Ciclo ideal por compresion de Vapor R12" "Datos" T[1]=-15 "C" T[3]=30 "C" "Proceso 1-2 Compresion a S=cte" h[1]=enthalpy(R12;T=T[1];X=1) s[1]=entropy(R12;T=T[1];X=1) P[1]=pressure(R12;T=T[1];X=0) P[2]=pressure(R12;T=T[3];X=0) t[2]=temperature(R12;P=P[2];S=s[1]) h[2]=enthalpy(R12;P=P[2];S=s[1]) Wen=h[2]-h[1] s[1]=s[2] "Proceso 2-3 Rechazo de calor a P=cte" P[2]=P[3] s[3]=entropy(R12;T=T[3];X=0) h[3]=enthalpy(R12;T=T[3];X=0) Qh=h[2]-h[3] "Proceso 3-4 Estrangulacion H=cte" h[3]=h[4] s[4]=entropy(R12;T=T[1];H=h[3]) "Proceso 4-1 Adicion de calor P=cte" P[1]=P[4] T[4]=T[1] Ql=h[1]-h[4] COP=Ql/Wen

REFRIGERANTE 134a

a) Datos. 𝑅𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜𝑟 𝑅 − 134𝑎 𝐸𝑠𝑝𝑎𝑐𝑖𝑜 𝑟𝑒𝑓𝑟𝑖𝑔𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑇𝐿 = −15℃ 𝐸𝑛𝑡𝑜𝑟𝑛𝑜 𝑇𝐻 = 30℃

b) Determinar. ∆𝑃; 𝐶𝑂𝑃𝑅

c) Suposiciones. Sistema de operación estable. d) Análisis. 𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝟏 − 𝟐 𝐶𝑜𝑚𝑝𝑟𝑒𝑠𝑖𝑜𝑛 𝑠 = 𝐶𝑇𝐸

𝑃1 = 𝑃𝑠𝑎𝑡@ − 15℃ = 164.155 𝑘𝑃𝑎 𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎 𝐴3.1 𝑆𝐼 {𝑠1 ≈ 𝑠𝑔@ − 15℃ = 0.941425 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾 ℎ1 ≈ ℎ𝑔@ − 15℃ = 241.48 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑃1 = 𝑃4 = 164.155 𝑘𝑃𝑎 𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝟐 − 𝟑 𝑅𝑒𝑐ℎ𝑎𝑧𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑃 = 𝐶𝑇𝐸 𝑃3 = 𝑃𝑠𝑎𝑡@30℃ = 770.64 𝑘𝑃𝑎 ℎ3 ≈ ℎ𝑓@30℃ = 93.58 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑇𝑎𝑏𝑙𝑎 𝐴3.1 𝑆𝐼 { 𝑠3 ≈ 𝑠𝑓@30℃ = 0.34789 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾 𝑠𝑔@30°𝐶 = 0.91879 𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾 𝑠𝑔@30°𝐶 = 091879

𝑘𝐽 𝑘𝐽 < 𝑠1 = 𝑠2 = 0.941425 𝑘𝑔 ∙ 𝐾 𝑘𝑔 ∙ 𝐾

𝑃3 = 𝑃2 = 770.64 𝑘𝑃𝑎

𝑆𝑂𝐵𝑅𝐸𝐶𝐴𝐿𝐸𝑁𝑇𝐴𝐷𝑂

𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑝𝑜𝑙𝑎𝑛𝑑𝑜 ℎ𝑎𝑙𝑙𝑎𝑚𝑜𝑠 ℎ2 Con P=0.7MPa 𝑠 [𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

0.9313 0.941425 0.9641 Con P=0.8MPa 𝑠 [𝑘𝐽/𝑘𝑔 ∙ 𝐾]

0.68530 0.70513 0.7093

ℎ [𝑘𝐽/𝑘𝑔]

268.45 x=271.574 278.57

ℎ [𝑘𝐽/𝑘𝑔]

267.29 x=274.413 276.45

Hallamos h2

𝑃 [𝑘𝑃𝑎] 700 770.64 800

ℎ [𝑘𝐽/𝑘𝑔]

271.574 x=273.579 274.413

TRABAJO DEL COMPRESOR 𝑤𝑐 = 𝑤𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 = ℎ2 − ℎ1 𝑤𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 = 273.579 𝑘𝐽/𝑘𝑔 − 241.48 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑤𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎 = 32.099 𝑘𝐽𝑘𝑔 CALOR DE SALIDA 𝑞𝐻 = 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑒 = ℎ2 − ℎ3 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑒 = 273.579 𝑘𝐽/𝑘𝑔 − 93.58 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑞𝑠𝑎𝑙𝑒 = 179.999 𝑘𝐽/𝑘𝑔

𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝟑 − 𝟒 𝐸𝑠𝑡𝑟𝑎𝑛𝑔𝑢𝑙𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛 𝐻 = 𝐶𝑇𝐸 ℎ3 = ℎ4 = 93.58 𝑘𝐽/𝑘𝑔 𝑷𝒓𝒐𝒄𝒆𝒔𝒐 𝟒 − 𝟏 𝐴𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑃 = 𝐶𝑇𝐸

𝑃4 = 𝑃1 = 164.155 𝑘𝑃𝑎 𝑞𝐿 = ℎ1 − ℎ4

𝑞𝐿 = (241.48 − 93.58)𝑘𝐽/𝑘𝑔 = 147.9

𝑘𝐽 𝑘𝑔

COEFICIENTE DE DESEMPEÑO DEL REFRIGERADOR. 𝐶𝑂𝑃𝑅−12 =

𝑞𝐿 𝑤𝑒𝑛𝑡

𝑘𝐽 𝑘𝑔 𝐶𝑂𝑃𝑅 = = 4.61 𝑘𝐽 32.099 𝑘𝑔 147.9

Datos R134 a

Codigo "Ciclo ideal por compresion de Vapor R134a" "Datos" T[1]=-15 "C" T[3]=30 "C" "Proceso 1-2 Compresion a S=cte" h[1]=enthalpy(R134a;T=T[1];X=1) s[1]=entropy(R134a;T=T[1];X=1) P[1]=pressure(R134a;T=T[1];X=0) P[2]=pressure(R134a;T=T[3];X=0) t[2]=temperature(R134a;P=P[2];S=s[1]) h[2]=enthalpy(R134a;P=P[2];S=s[1]) Wen=h[2]-h[1] s[1]=s[2] "Proceso 2-3 Rechazo de calor a P=cte" P[2]=P[3] s[3]=entropy(R134a;T=T[3];X=0) h[3]=enthalpy(R134a;T=T[3];X=0) Qh=h[2]-h[3] "Proceso 3-4 Estrangulacion H=cte" h[3]=h[4] s[4]=entropy(R134a;T=T[1];H=h[3]) "Proceso 4-1 Adicion de calor P=cte" P[1]=P[4] T[4]=T[1] Ql=h[1]-h[4] COP=Ql/Wen