SOLUCIONARIO%2520Cuarta%2520Práctica%2520Termodinámica%2520II.%25202015 I

UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA MECANICA DE FLUIDOS CUARTA PRACTICA CALIFICADA DE TERMODINAMICA TERMODINAMI CA II (CICLO 2015 –I) PROBLEMA 1.- Una máquina máquina frigor frigorífi ífica ca trabaj trabaja a median mediante te un ciclo ciclo estánd estándar ar de compres compresión ión de vapor vapor a una temperatura de evaporación de -15°C y condensación de !°C" #l ciclo produce 5! $% de refrigeración usando &1'a" (e pide calcular) a" #l C*+ C*+ ideal ideal del del ciclo ciclo y el el C*+ real si la eficienci eficiencia a del compresor compresor es ,5 ,5 .'"! .'"! puntos/ puntos/ b" #l gast gasto o de fluj flujo o de refri refrigera gerante nte en en el sist sistema ema"" .1"5 .1"5 puntos puntos// c" 0a potencia potencia calorífica calorífica transferida transferida por el el condensado condensadorr a condici condición ón real real .1"5 puntos/ puntos/ SOLUCIÓN: C " e tablas  p1 +unto 1) vapor saturado" T 1 = -15 �

=

40 � C " e tablas  p3

=

+unto ') Condensación a T 2

=

+unto 23) Compresión isoentrópica  s1

=

s2  y  p2

=

163.94 kPa

1016.6 kPa

1016.6 kPa

+unto ) #4pansión isoentálpica h4 h3 " 0as entalpias se obtienen de las tablas y se muestran en el cuadro adjunto" COP !"#$: q h - h4 389. 389.6 6 - 256. 256.4 4 COP id  = ev = 1 = = 3.518 wc h2T  - h1 427. 427.46 46 - 389. 389.6 6 =

h2

=

h1 + ( h2T qev

-

h1 )

hcomp

h1 + ( h2T

=

=

-

-

h4

h

- 1

)

hcomp

=

389.6 89.6 + ( 427.4 27.46 6 - 389. 389.6 6) 0.85 .85 = 434. 434.1 14 kJ kg

389. 389.6 6 256. 256.4 4 0.85 � 2.99 wc , R (h2T  h1 ) 0.85 427.46 389.6 F$%&' !" "*"#+,":  el balance de energía en el evaporador) 50 &ref ( h1 - h4 ) � m&ref = Q&ref = m 0.3754 kg s = 0.3754     389. 389.6 6 - 256 256 P',"+# !"$ '+!"+#!': el balance energtico del condensador  &ref   ( h 2 - h3 ) = 0.37 Q&cond = m 0.3754 54 ( 434. 434.14 14 - 256. 256.4 4 ) = 66.7 66.72 2 kW COP real 

h1

=

-

=

=

-

PROB PROBLE LEMA MA 2.- Una instalaci instalación ón de produc producció ción n de frío frío demanda demanda una potenc potencia ia frigorí frigorífic fica a de 12! $%6 a una temperatura de evaporación de -'!°C y temperatura de condensación de !°C" #l fluido refrigerante utili7ado es &1'a en todos los casos" 0a compresión en etapa doble es óptima6 es decir8 ambos compresores tienen igual relación de compresión" Calcular el trabajo de compresión6 el calor de condensación y el coeficiente de eficiencia energtica en los siguientes casos) a/ Compresión Compresión doble directa directa con enfriador intermedio6 intermedio6 inyección inyección parcial" .#ficiencia .#ficiencia del enfriador intermedio !",/ .5 puntos/8 b/ Compresión Compresión doble directa directa con enfriador enfriador intermedio6 intermedio6 con inyección inyección total total .' puntos/" c/ Compresión doble en cascada6 sabiendo que la temperatura de evaporación del ciclo superior es 5°C menor que la temperatura de condensación del ciclo inferior" 9antener T5 T 8 .' puntos/" =

SOLUCIÓN: C'/"+ !'$" !",# '+ "+#!' +,"/"!' " +3"+ ##$:

C  y de tablas  p1 +unto 1) T 1 = -30 �

+unto 5) T 5

=

40 � C  y de tablas  p5

=

=

84.38 kPa

1016.6 kPa

e la relación de compresión) p i = p T  = 1016.6 84.38 0uego6 la presión intermedia es)  p1 = pevp i = 84.38 �3.471 = 292.9 kPa +unto 2)  p2

=

292.9 kPa  y  s2

+unto ') vapor saturado a  p3

=

=

=

3.471

s1

292.9 kPa "

+unto ) compresión isoentrópica6  s4 +unto :) e4pansión isoentálpica6 h6

=

=

s3  y  p4

=

1016.6 kPa

h5

0a entalpías h7 y h8  son iguales6 pero desconocidas6 por lo que es necesario plantear un sistema de ecuaciones para poder determinarlas" ;alance en el serpentín del enfriador) h9  es la entalpía de líquido saturado a la presión intermedia" h5 - h8 256.4 - h8 henf   = � 0.8 = � h8 = 211.28 kJ kg h5 - h9 256.4 - 200 ;alance energtico en el evaporador) &ev ( h1 - h8 ) � m&ev = 120 ( 380.3 - 211.28 ) = 0.71 kg s Q&ev = m ;alance energtico en el enfriador intermedio) h -h 407.27 - 211.28 &ev h2 + m&cond h5 = m&evh8 + m&condh3 � m&cond = m&ev 2 8 = 0.71 m = 0.9786 kg s h3 - h5 398.6 - 256.4 T##&' !" '/"+: &ev ( h2 - h1 ) + m&cond (  h4 - h3 ) = 0.71( 407.27 - 380.3 ) + 0.9786 ( 424.31 -398.6 ) =44.31kW Wc = m

C#$' !" '+!"+#+: Q&cond

=

&cond  ( h4 - h5 ) m

=

0.9786 ( 424.31 - 256.4 )

164.32 kW

=

COP !"$ $': COP = Q&ev Wc  = 120 44.31 = 2.71 C'/"+ !'$" '+ "+#/"+,' +,"/"!' " +3"+ ,',#$

;alance energtico en el evaporador) &ev ( h1 - h8 ) � m&ev = 120 ( 380.3 - 200 ) Q&ev = m ;alance energtico en el enfriador intermedio)

&ev h2 + m&cond h5 m

=

m&evh8

+

m&condh3

� m&cond

T##&' !" '/"+: &ev ( h2 - h1 ) + m&cond (  h4 - h3 ) Wc = m C#$' !" '+!"+#+: Q&cond

=

=

=

=

m&ev

0.666 kg s

h2 - h8 h3 - h5

=

0.666 ( 407.27 - 380.3)

&cond  ( h4 - h5 ) m

=

0.666

+

407.27 - 200 398.6 - 256.4

0.971 kg s

0.971 ( 424.31 -398.6 )

0.971( 424.31 - 256.4 )

COP !"$ $': COP = Q&ev Wc  = 120 42.93 = 2.795

=

=

=

163.04 kW

42.93 kW

C'/"+ "+ !'$" ##!#

;alance energtico en el evaporador) &ev ( h1 - h4 ) � m&ev = 120 ( 380.3 - 206.8) = 0.6916 kg s Q&ev = m ;alance energtico en el enfriador intermedio) h -h 405.89 - 206.8 &ev ( h2 - h3 ) = m&cond ( h5 - h8 ) � m&cond = m&ev 2 3 = 0.6916 = 0.9683 kg s m h5 - h8 398.6 - 256.4 T##&' !" '/"+: &ev ( h2 - h1 ) + m&cond (  h6 - h5 ) = 0.6916 ( 405.89 - 380.3) + 0.9683( 424.3 - 398.6) = 42.58 kW Wc = m

C#$' !" '+!"+#+: Q&cond

=

&cond  ( h6 m

-

h7 )

=

0.9683 ( 424.31 - 256.4 )

=

162.58 kW

COP !"$ $': COP = Q&ev Wc  = 120 42.58 = 2.82

PROBLEMA 4.- Un ciclo de refrigeración utili7a &1'a como fluido de trabajo) #l ciclo está conformado por dos circuitos) uno de potencia de vapor de agua y otro de refrigeración" #n el ciclo de potencia6 el vapor saturado a 1!5°C deja la caldera y se e4pande en la turbina =? (*0UC@AB)

Ciudad Universitaria6  de Dulio del 2!15"

@ng" Csar =uispe Eon7áles +rofesor del Curso"