CICLOS DE REFRIGERACIÓN 1. El refrigerante 12 es el fluido de trabajo de un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor. El vapor saturado entra al compresor a 12°C y a la salida del condensador es líquido saturado a 1.4MPa. El flujo másico del refrigerante es 0,008 Kg/s. considerando en el análisis que el compresor tiene una eficiencia del 80% y que el líquido sale del condensador a 48°C Determínese (a) la potencia del compresor, en kW, (b) la capacidad de refrigeración, en toneladas, (c) el coeficiente de operación, y (d) las irreversibilidades en el compresor y una válvula de extensión, en kW, para T0 = 40°C. 2. En la figura se muestra un ciclo de refrigeración con subenfriamiento y sobrecalentamiento por intercambiador regenerativo utiliza R134a, este sistema produce refrigeración para producir hielo en el depósito ubicado en la parte inferior del evaporador, este depósito cerrado se encuentra inicialmente agua en estado de líquido saturado a 0°C. La presión en el condensador es de 5 bar y en el evaporador es de 1.4 bar. La compresión en el compresor es adiabática reversible. Considere condiciones de saturación a la salida del evaporador y salida del condensador. Considere las tuberías adiabáticas. Se desea producir hielo a 0°C en el depósito en un tiempo de 24 horas. Dato: h1 = h6 + 41. 93 kJ/kg. La energía interna del agua en estado sólido saturado a 0°C es -333.43 kJ/kg Determine: a) Diagrama 𝑃 − ℎ b) Las entalpias en todos los puntos. (kJ/kg) c) El flujo másico del refrigerante (kg/s) d) Balance de entropía en evaporador. (kW/K) e) El COP del sistema. H2O a T=0°C 500 Kg 3. Un sistema de refrigeración en cascada que se muestra en la figura trabaja con freón 12 como refrigerante. La temperatura en la cámara I es de -30 °C y su capacidad es de 25 Ton. La temperatura en la cámara II es de -10°C y su capacidad es de 15TON. Considerando que la temperatura en el condensador es de 50°C, determine: (a) diagrama P-h, T-S (b) el efecto refrigerante en los ciclos de alta y baja presión (c) el flujo másico del refrigerante en cada evaporador (d) el COP de cada ciclo (e) la potencia de compresión para el CAP y CBP (f) el COP de todo el sistema. 4. Un sistema de refrigeración por compresión de vapor utiliza la configuración mostrada en la Figura, con dos etapas de compresión y refrigeración entre las etapas. El fluido de trabajo es R-134a. En la primera etapa del compresor entra vapor saturado a -30°C. La cámara flash y el intercambiador de contacto directo operan a 4 bar y la presión del condensador es 12 bar. En las válvulas de expansión de alta y baja presión entran corrientes de líquido saturado a 12 y 4 bar, respectivamente. Si cada compresor funciona ispentrópicamente y la capacidad de refrigeración del sistema es de 10 ton, determine: (a) La potencia de cada compresor, en kW. (b) El coeficiente de operación. 6. Un sistema de refrigeración en cascada de dos etapas debe dar enfriamiento a T=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, 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 5. 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 2 3 WA Ciclo A 4 1 6 7 WB Ciclo B 8 5 7. Considere un ciclo de dos etapas de refrigeración en cascada con una cámara de evaporación instantánea como la que se muestra en la figura, 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) 8. La Figura muestra el diagrama esquemático de un sistema de refrigeración por compresión de vapor con dos evaporadores, que utiliza R134a 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 -18°C 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 bar y tiene una capacidad de refrigeración de 2 ton. La compresión es isoentrópica y la presión del condensador es de 10 bar. No hay pérdidas apreciables de presión en los flujos a través del condensador y los dos evaporadores, y el refrigerante deja el condensador en estado de líquido saturado a 10 bar. Calcule: (a) El flujo másico de 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.
