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Problemas de Clase Tema Refrigeración-a
Termodinámica Aplicada (Universidad Politécnica de Cartagena)
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Problemas de Clase Tema Refrigeración-a
Termodinámica Aplicada (Universidad Politécnica de Cartagena)
Downloaded by Carlos Ubaldo Labra Fierro (carlos.labra2101@alumnos.ubiobio.cl)
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Termodinámica Aplicada
Problemas
Sistemas de refrigeración por compresión de vapor
Problema 1
Un sistema de refrigeración por compresión de vapor tiene una capacidad de 10
toneladas de refrigeración. En el compresor entra flujo másico de refrigerante R-134a en
vapor sobrecalentado a 4 bares y 15 ºC y con una salida de 12 bares. El proceso de
compresión puede considerarse politrópico, con n=1,01, modelado como pv1,01
=K. A la
salida del condensador la presión es 11.6 bar y la temperatura 44 ºC. El condensador es
refrigerado por agua que entra a 20 ºC y sale a 30 ºC sin pérdida de presión. El calor
transferido entre el condensador y el ambiente puede considerarse despreciable.
Determinar:
a) El flujo másico de refrigerante, en kg/s.
b) La potencia mecánica consumida y el calor transferido por el compresor, en kW.
c) El coeficiente de eficacia frigorífica (EER) o coeficiente de operación.
d) El flujo másico de agua de refrigeración, en kg/s.
Problema 2
Un sistema de refrigeración por compresión de vapor utiliza refrigerante R-134a como
fluido de trabajo. Las presiones de evaporador y condensador son 1,4 y 12 bar
respectivamente. El refrigerante pasa por los intercambiadores de calor sin pérdida de
presión. A la entrada y salida del compresor las temperaturas son -10 ºC y 80 ºC,
respectivamente. La transferencia de calor desde el refrigerante en el condensador es de
15 kW y sale líquido saturado a 12 bares. Si el compresor funciona adiabáticamente,
determinar:
a) La potencia mecánica consumida en el compresor.
b) El coeficiente de eficacia frigorífica (EER).
Problema 3
Un sistema de refrigeración por compresión de vapor utiliza el esquema de
funcionamiento mostrado en la figura. El fluido de trabajo es el refrigerante R134a. En
la 1ª etapa el refrigerante entra al compresor en forma de vapor saturado a -30 ºC. La
cámara flash y el intercambiador de calor de contacto directo operan a 4 bar y la presión
en el condensador es de 12 bar. En las válvulas de expansión de alta y baja presión el
refrigerante entra como líquido saturado a 12 y 4 bares, respectivamente. Si cada
compresor funciona isoentrópicamente y la capacidad de refrigeración del sistema es de
10 toneladas de refrigeración, determinar:
a) La potencia de cada compresor, en kW.
b) El coeficiente de operación.
Prof. D. Francisco García-Córdova
Dpto. de Ingeniería Térmica y de Fluidos
Área de Máquinas y Motores Térmicos (UPCT)
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Problema 4
Un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor se modifica incluyendo un
intercambiador de de calor a contracorriente (regenerador), tal como se muestra en la
figura. El refrigerante es R-134a deja el evaporador en estado vapor saturado a 1 bar y
se calienta a presión constante hasta 5 ºC antes de entrar en el compresor. Después de
una compresión isoentrópica hasta 18 bares, el refrigerante entra en el condensador de
donde sale a 40 ºC y 18 bares. A continuación el líquido pasa a través del
intercambiador de calor, donde se enfría antes de llegar a la válvula de expansión a 12
bares. Si el flujo másico de refrigerante es de 12 kg/min, determinar:
a) La capacidad de refrigeración, en tons.
b) La potencia del compresor, en kW.
c) El coeficiente de operación.
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Problema 5
Para refrigerar la cabina de un avión, se extrae aire a 2 bares y 380K del compresor
principal. El aire extraído entra en un intercambiador de calor donde se enfría a presión
constante hasta 320K cediendo calor al aire ambiente. A continuación, el aire se
expande adiabáticamente hasta 0,95 bar en una turbina y se descarga en la cabina. La
turbina tiene una eficiencia isoentrópica del 75%. Si el flujo de aire es de 1kg/s.
Determinar:
a) La potencia desarrollada por la turbina, en kW.
b) El calor transferido del aire al ambiente a través del intercambiador de calor, en
kW.
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Problema 6
Un sistema de refrigeración por inyección de vapor, que produce agua fría en una
cámara flash. En la cámara se mantiene el vacio con el inyector de vapor, que retira el
vapor generado mediante su arrastre por el chorro de vapor de baja presión y lo
descarga en el condensador. La bomba de vacio retira el aire y gases incondensables.
Para las condiciones mostradas en la figura siguiente, determine:
a) El caudal del agua de reposición o producida, en kg/h.
b) El caudal de agua de refrigeración necesaria, en kg/h.
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Problema 7
Un ciclo Stirling de refrigeración, que es el inverso de un ciclo Stirling de potencia que
opera con aire. Al comienzo de la compresión isotérmica, la presión y la temperatura
con 100kPa y 300K, respectivamente. La relación de compresión es de 6, y la
temperatura durante la expansión isotérmica es de 100K. Determine:
a) El calor transferido durante la expansión isotérmica, en kJ/kg de aire.
b) La potencia neta consumida por el ciclo en kJ/kg de aire.
c) El coeficiente de operación.
Problema 8
El diagrama esquemático de un sistema de refrigeración por compresión de vapor con
dos evaporadores, como se muestra en la figura siguiente, utiliza refrigerante R-12
como fluido de trabajo. Esta configuración se utiliza para producir refrigeración a dos
temperaturas diferentes con un solo compresor y un único condensador. El evaporador
de baja temperatura opera a -18ºC con vapor saturado a la salida y tiene una capacidad
de refrigeración de 3 ton. El evaporador de alta temperatura produce a la salida vapor
saturado a 3,2 bares y tiene una capacidad de refrigeración de 2 ton. La compresión es
isoentrópica y la presión del condensador es de 10 bares. No hay pérdidas apreciables
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de presión en los flujos del condensador y de los dos evaporadores. El refrigerante deja
el condensador como liquido saturado a 10 bares. Determine:
a) El flujo másico del refrigerante en cada evaporador, en kg/min.
b) La potencia necesaria en el compresor, en kW.
c) El flujo de calor transferido desde el refrigerante a su paso por el condensador,
en kW.
Usando R-134a.
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