Clase 13 Ciclos de refrigeración

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Ciclos de refrigeración y bombas de calor
COPBC = COPR + 1
Una tonelada de refrigeración es equivalente a 211 kJ/min o 200 Btu/min. 
EL CICLO IDEAL DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR
Ecuacion general de energia aplicada a los dispositivos del ciclo de refrigeracion
EJEMPLO 1.- El ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor
En un refrigerador se utiliza refrigerante 134a como fluido de trabajo, y opera un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor entre 0.14 y 0.8 MPa. Si el flujo másico del refrigerante es de 0.05 kg/s, determine a) la tasa de eliminación de calor del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor, b) la tasa de rechazo de calor al ambiente y c) el COP del refrigerador.
Punto 1: vapor saturado
Punto 2: vapor sobrecalentado
Punto 3: liquido saturado
Punto 4: mezcla vap.sat-liq.sat
Solucion:
Punto 1: vapor saturado P= 140 kPa
Punto 2: vapor sobrecalentado P = 0,8 MPa
Punto 3: liq. Saturado a 0,8 MPa
Es decir, este refrigerador elimina 4 unidades de energía térmica del espacio refrigerado por cada unidad de energía eléctrica que consume.
EJEMPLO 2.- El ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor
Un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor que usa refrigerante 134a como fluido de trabajo mantiene un condensador a 1000 kPa y el evaporador a 4 °C. Determine el COP de este sistema y la cantidad de potencia necesaria para proporcionar una carga de enfriamiento de 400 kW
Punto 1: vapor saturado a 4 °C
Punto 2: vapor sobrecalentado a 1 MPa
Punto 3: liquido saturado a 1MPa
Punto 4: mezcla vap.sat-liq.sat
 
Solucion:
Punto 1: vapor saturado a 4°C
Punto 2: vapor sobrecalentado a 1 MPa
Punto 3: liquido saturado a 1 Mpa
EJEMPLO 3.- El ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor
Un refrigerador usa refrigerante 134a como fluido de trabajo y opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor. El refrigerante entra al evaporador a 120 kPa con una calidad de 30 por ciento y sale del compresor a 60 °C. Si el compresor consume 4,50 kW de potencia, determine a) el flujo másico del refrigerante, b) la presión del condensador y c) el COP del refrigerador.
Solucion: Punto 4: Mezcla liq.sat-vapor sat ; P = 120 kPa ; x = 0,3
 
 
Punto 1: vapor saturado a 120 kPa
 
Un refrigerador comercial con refrigerante 134a como fluido de trabajo se usa para mantener el espacio refrigeradoa 30 °C rechazando su calor de desecho a agua de enfriamiento
que entra al condensador a 18 °C a razón de 0.25 kg/s y sale a 26 °C. El refrigerante entra al condensador a1.2 MPa y 65 °C y sale a 42 °C. El estado a la entrada del compresor es de 60 kPa y 34 °C y se estima que el compresor gana un calor neto de 450 W del entorno. Determine a) la calidad del refrigerante a la entrada del evaporador, b) la carga de refrigeración, c) el COP del refrigerado.
Problema: 
h4 = hf +Xhfg 
X = (111.23 – 3.84) / 223.95 =0.4795 
EL CICLO REAL DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR
 
EJEMPLO 5.- Una bomba de calor opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor y usa refrigerante 134a como fluido de trabajo. El condensador opera a 1000 kPa, y el evaporador, a 200 kPa. Determine el COP del sistema y la remocion de calor al condensador cuando el compresor consume 6 kW.
Solucion
Sistemas de bombas de calor
QH = m( h2 –h1 ) 0,179 kg/s (277,98 – 107,32)kJ/kg = 30 kW
Punto 1: vapor saturado de R134 a a 200 kPa
h1 = hg a 200 kPa = 244,46 kJ/kg
S1 = Sg = 0,93773 kJ/kg.K
Punto 2: vapor sobrecalentado a 1000kPa
s2 = s1 = 0,93773 kJ/kg.K
h2 = 277,98 kJ/kg
Punto 3: liq. Saturado R134a h3 = h4 = 107,32 kJ/kg.K