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• PEDRO STALIN MANZANO MIRANDA

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UNIVERSIDAD TÉCNICA DE COTOPAXI FACULTAD DE CIYA CARRERA DE ELECTROMECÁNICA Alumno: Pedro Stalin Manzano Miranda Curso: Noveno Asignatura: Refrigeración y aire acondicionado  Tarea 2. Refrigeración por compresión de vapor. INTRODUCCIÓN En el presente trabajo se va a analizar el comportamiento en cada uno de los componentes de un sistema de refrigeración por comprensión de vapor los cuales son: compresor, condensador, la válvula de estrangulamiento, y el evaporador, que es donde ingresa calor a la sustancia refrigerante proveniente del medio que se está enfriando. Este ciclo de refrigeración incluyen los procesos de compresión de la sustancia refrigerante, su condensación hasta líquido, la expansión de este líquido en una válvula de estrangulación y su evaporación en el recipiente del cuarto frío, en el cual se retira calor a las sustancias que deben enfriarse. También se caracteriza por el uso de válvulas de estrangulación a cambio de turbinas ya que trabaja a bajos niveles de potencia y mantenimiento son menores. DESARROLLO Un ciclo de refrigeración por compresión de vapor con refrigerante 134a como fluido de trabajo se usa para mantener un espacio refrigerado, la presión en la entrada del compresor es de 20 psia y el flujo másico es de 0,2177 lbm/s, la temperatura ambiente es de 540 R. El refrigerante entra al compresor en la condición de vapor saturado. La presión a la salida del compresor es de 140 psia y 160 oF. Determine: a) El diagrama del ciclo

b) La entalpía y entropía en todos los puntos del ciclo Estado 1: Vapor saturado Tabla A-12E p1 = 20psia T1 = Tsaturación=-2.43°F h1 = 102,73Btu/lbm s1 = 0,22567 Btu/lbm.R Estado 2S: Vapor sobrecalentado Tabla a-13E p2s = 140psia s2s = s1 = 0,22567 Btu/lbm.R S0 = 0,21879 h0 = 116,26 Btu/lbm.R Btu/lbm Sx = 0,22567 hx = ? Btu/lbm.R s1 = 0,22773 h1 = Btu/lbm.R 121,35Btu/lbm

h x =h0 +

h1−h0 (s −s ) s1−s 0 x 0

h2 s=116,26 Btu/lbm+

(121,35−116,26) Btu/lbm (0,22567−0,21879) Btu /lbm . R (0,22773−0,21879) Btu/lbm . R

h2 s=120,18 Btu /lbm Estado 2: Vapor sobrecalentado Tabla a-13E p2 = 140psia T2=160°F h2 =131,36 Btu/lbm S2=0,2443Btu/ lbm .R Estado 3: Liquido saturado P3=140psia h3 =45,304 Btu/lbm S3=0.09214Btu/ lbm .R

Estado 4: Zona se mezcla P4=20psia h 4=h 3=45,304 Btu /lbm Porque es un proceso isoentálpico. h f =11,445 Btu /lbm h fg =91,282 Btu /lbm sf =0,02605 Btu/lbm . R sfg =0,19962 Btu/lbm . R s4 =sf + x . s fg =0,02605 Btu/lbm . R+ ¿0,3710,19962 Btu /lbm. R= 0,1001Btu/ lbm . R h −h (45,304−11,445) Btu/lbm x= 4 f = =0,371 hfg 91,282 Btu /lbm c) La carga de refrigeración, la tasa de rechazo de calor, el suministro de potencia y el COP del sistema. Q L=ṁ ( h1−h 4 )=0,2177 lbm /s(102,73−45,304 )Btu/lbm= 12,502Btu/s =13,19kW Q H =ṁ ( h2−h3 )=0,2177 lbm /s(131,36−45,304)Btu/lbm= 18,734Btu/s =19,765kW W ent =ṁ ( h 2−h1 ) =0,2177 lbm/s (131,36−102,73)Btu /lbm= 6,231Btu/s =6.657kW COP=

QL 12,502 Btu /s = Went 6,231 Btu /s =2,006

d) La destrucción de exergía en cada componente básico del sistema. Considere la temperatura en el evaporador con un incremento de 12.76 R. Compresor X dest ,1−2=¿∗ṁ ( s2−s1 ) =540 ° R∗0,2177 lbm/s ( 0,2443−0,22567 ) Btu/lbm . R=2,19 Btu /s=13,19 kW Condensador

[

X dest ,2−3=¿ ṁ ( s 3−s 2 ) +

QH 18,734 Btu/ s =540 ° R [0,2177lbm /s ( 0,09214−0,2443 ) Btu/lbm . R+ ]=0,8 TH 540 ° R

]

Válvula de expansión X dest ,3−4 =¿∗ṁ ( s 4−s 3 )=540 ° R∗0,2177 lbm/ s ( 0,1001−0,0,09214 ) Btu /lbm . R=0,936 Btu /s=0,987 kW Evaporador

QL 12,502 Btu /s =540 ° R [0,2177 lbm /s ( 0,22567−0,1001 ) Btu /lbm . R− ]=0,3 TL 470,03° R T L =(−2,43−32 )+ 459,67=457,27 ° R +12,76 ° R=470,03 ° R

[

X dest ,4 −1=¿ ṁ ( s 1−s 4 )−

]

e) La destrucción total de exergía. X dest ,Total=¿ X +X +X +X =4,371 Btu/ s=4,611 kW ¿ dest ,1−2

dest ,2−3

dest ,3−4

dest ,4 −1

f) La tasa de exergía correspondiente a la remoción de calor del medio de baja

temperatura. T o +T L ( 540+ 457,27 ) ° R X QL =Q L =13,19 kW =2,38 kW TL 457,27 ° R

g) La eficiencia exergética.

ɳ II =

X QL 2,38 kW = =0,3575=35,75 % Went 6.657 kW

CONCLUSIONES El único elemento que consume mas potencia en este tipo de refrigeración es el compresor. Con los resultados obtenidos se puede decir que aumentar la temperatura de evaporación y disminuirla temperatura de condensación también disminuiría la destrucción de exergía en estos componentes. Reemplazar la válvula de expansión por una turbina disminuiría la eficiencia en el proceso de refrigeración, al mismo tiempo que reduciría el suministro neto de potencia.

ANEXOS