Actividad para ser realizada por aquellos estudiantes cuyos

Actividad IV Termodinámica II
► Un refrigerador con el refrigerante 134ª como fluido de trabajo 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. Determine:
1) La tasa de rechazo de calor al medio ambiente.
2) El COP del refrigerador.
3) El COP del refrigerador si se sustituye la válvula de estrangulamiento por una turbina
isentrópica (el ciclo en el proceso 3 – 4 pasaría del estado 3 al estado 4s tal como
muestra la grafica.
4) Como afecta esta sustitución al ciclo.
Respuestas:
1._ a) 9,236 kW
2._ a) 3,05
3._ a) 4,22
4._ a) En nada
b) 8 kW
c) 9 kW d) Ninguna dada.
b) 2,05
c) 4,05 d) Ninguna dada.
b) 3,22
c) 2,22 d) Ninguna dada.
b) Lo desmejora
c) Lo mejora.
Grafico T-s del ciclo:
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a) Tasa de rechazo de calor al medio ambiente ( Q H ).


Para calcular la tasa de rechazo de calor usamos la siguiente expresión Q H  m(h2  h3 ) ,
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conocemos m  0,05kg / s requerimos calcular h2 y h3.
A la presión de P1 = 0,12 Mpa = 120 kPa tenemos vapor saturado de acuerdo a la grafica,
por lo tanto las tablas de vapor nos indican que h1 = 236,97 kJ/kg y s1 = 0,94779 kJ/kg.K.
A la presión de P2 = 0,7 Mpa tenemos vapor sobrecalentado de acuerdo a la grafica y
s2 = s1 = 0,94779 kJ/kg.K, con esta valor de entropía, la presión y el estado vapor
sobrecalentado determinamos h2 usando la tabla de vapor sobrecalentado del R-134ª, vemos
que a la presión de 0,7 Mpa no tenemos registrada la entropía por lo que debemos interpolar:
Actividad IV Termodinámica II
s[kJ/kg.K]
0,9313
0,94779
0,9641
h[kJ/kg]
268,45
h2
278,57
(0,94779 0,9313)kJ / kg.K
(278,57  268,45)kJ / kg  268,45kJ / kg
(0,9641 0,9313)kJ / kg.K
h2  273,5377kJ / kg
h2 
A la presión de P3 = 0,7 Mpa = 700 kPa tenemos liquido saturado de acuerdo al grafico T-s,
por lo tanto la entalpía para ese estado es h3 = 88,82 kJ/kg de acuerdo con las tablas de
R-134ª. Como h4 = h3 = 88,82 kJ/kg.


Entonces Q H  (0,05kg / s)(273,5377 88,82)kj / kg  9,2358kW
b) COP del refrigerador.
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Lo determinamos con la siguiente expresión: COPR 
QL



, calculamos Q L y W E .
WE
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Q L  m(h1  h4 )  (0,05kg / s )(236,97  88,82)kJ / kg  7,4075kW


W E  m(h2  h1 )  (0,05kg / s )(273,5377 236,97)kJ / kg  1,8283kW
7,4075kW
 4,0517
1,8283kW
c) El COP del refrigerador si se sustituye la válvula de estrangulamiento por una turbina
isentrópica.
Veamos la grafica T-s con turbina, observamos un proceso isentrópico y adiabático por lo
tanto s3 = s4 por lo que debemos calcular h4 ya que para esta situación no se cumple h4 = h3
ya que eso es valido solo en el caso de una válvula de estrangulamiento. Entonces para la
presión de P3 = 700 kPa tenemos liquido saturado y de acuerdo con las tablas del R-134ª
s3 = 0,33230 kJ/kg.K. Para la presión de 120 kPa tenemos mezcla saturada y las tablas
indican que: hF = 22,49 kJ/kg, hFG = 214,48 kJ/kg, sF = 0,09275 kJ/kg.k y sFG = 0,85503
kJ/kg.K.
Entonces h4 = hf + x4hFG debemos calcular x4.
s  s F (0,3323 0,09275)kJ / kg.K
s 4  s F  x4 s FG  x3  4

 0,2802
s FG
0,85503kJ / kg.K
COPR 
h4  hF  x4 hFG  22,49kJ / kg  (0,2802)(214,48kJ / kg )  82,5kJ / kg

Con este nuevo valor de h4 calculamos Q L  (0,05kg / s)(236,97  82,5)kJ / kg  7,719kW ,
7,719kW
 4,22 .
siendo el COPR usando la turbina el siguiente: COPR 
1,828kW
d) Como afecta esta sustitución al ciclo.
Indiscutiblemente lo mejora, ahora la razón de no usar turbinas en los ciclos de refrigeración
es por cuestiones de costo ya que las válvulas de estrangulamiento son menos costosas y no
requieren mantenimiento.