ETER2_U2_A3_SEMB - Sergio Marquez Barrios

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Termodinámica 2 
ER-ETER2-1901-B1-001 
 
Javier Hernández Pérez 
 
Unidad 2 
Ciclos Termodinámicos 
 
Actividad 3 
Aplicando los ciclos de refrigeración 
 
SERGIO ADRIÁN MÁRQUEZ BARRIOS 
ES172011571 
Febrero, 2019 
 
 
 
2 
 
Resuelve los siguientes ejercicios: 
 
Un refrigerador Carnot requiere 1.4 kW por tonelada de refrigeración para mantener 
una región a una baja temperatura de -35°C. 
Determina: 
a) El COP del refrigerador Carnot. 
b) La temperatura mayor del ciclo. 
c) El calor suministrado y el COP cuando este 
dispositivo se utiliza como una bomba de calor. 
Datos: 
Potencia requerida por tonelada de refrigeración = 1.4 kW/ton ref. 
Temperatura baja = TB = -35°C +273.15 = 238.15°K 
 
��� �� ������������� = 
�
��� ��
��
� (���� ��)
�� �
 = 14000 
��
�
 
 
COP = 
� ���.���
�.� ��
= �
����� ��
�
�.���
�
� = 
����� �
�
 �
��
�����
�= 2.7777 
 
�� = 
��(�∗���)
���
 = 
���.�� °� (���.����)
�.����
 = 323.88 °� = 50.73 ℃ 
 
 
���� = �� + �����=1.4kw+1 ton ref.=
�.� ��
�
+
����� ��
�
�
��
�����
�=1.4
��
�
+ 
�.�� ��
�
 = 5.28 
��
�
 
 
 
�������� �� ����� = 
��
�����
 = 
���.�� °�
���.�� °�����.��°�
 = 3.7779 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3 
 
• Un ciclo de refrigeración por compresión de vapor que utiliza refrigerante 134a 
como fluido de trabajo, funciona con una temperatura en el evaporador 
de -22°C y una presión en el condensador de 8 bar, siendo el rendimiento 
del compresor del 82 por 100. El flujo másico del refrigerante es de 4 kg/min. 
Determina: 
d) La potencia suministrada al compresor en Kilovoltios. 
e) El COP 
f) La producción de entropía en el compresor y en el proceso de 
estrangulamiento en kJ/min. 
Datos: 
Refrigerante= 134a 
Temperatura baja = TB = -22°C +273.15 = 251.15°K 
Presión condensador = presión alta = PA = 8 bar 
Rendimiento del compresión = ƞcomp =0.82 
Flujo másico = ṁ = 4 kg/min 
 
 
 
 
 
 
 
 
h1 = 234.08 kJ/kg 
s1 = 0.9351 kJ/kg°K 
p1 = 1.2192 bar 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
4 
 
S=0.9066 kJ/kg°K 
h3 = 93.42 kJ/kg 
s3 = 0.3459 kJ/kg°K 
T3 = 31.33°C +273.15 = 304.48°K 
 
Por interpolación (datos) 
 
s1 = 0.9351 kJ/kg°K 
 
P = 8 BAR P =8 BAR 
T S T S 
31.33 0.9066 = X1 S1 
? 0.9351 X2i S2i 
40 0.9374 X2 S2 
��� = ��� = �1 +
(�2� − �1)
(�2 − �1)
∗ (�2 − �1) 
 
��� = ��� = 31.33 +
(0.9351 − 0.9066)
(0.9374 − 0.9066)
∗ (40 − 31.33) 
 
= 39.35 ℃ = 312.6 °� 
P = 8 BAR P =8 BAR 
T S T h 
31.33 264.15 = X1 S1 
39.35 272.94702 X2i S2i 
40 273.66 X2 S2 
 
��� = ℎ�� = (�2 − �1) ∗
(�2� − �1)
(�2 − �1)
+ (�1) 
��� = ℎ�� = (273.66 − 264.15) ∗
(39.35 − 31.33)
(40 − 31.33)
+ (264.15) 
 
= 272.94702kJ/kg 
 
h2i = 272.94702kJ/kg 
T2i = 39.35 ℃ = 312.6 °� 
h3 =h4 = 93.42 kJ/k 
 
��̇ = �̇����� donde �� (potencia suministrada al compresor); �̇ (����� ������); 
����� (������� ���� ��� ���������) 
 
� =
������� ����� ��� ���������
������� ���� ��� ���������
= 
��
�����
 = 
������
�����
 despejando h2 
 
 
5 
 
ℎ� =
������
�
+ ℎ�= 
���.�������/������.�� ��/��
�.��
+ 234.08
��
��
= 281.4788
��
��
 
 
������ ℎ� − ℎ� = 281.4788
��
��
 - 234.08
��
��
 =47.3988
��
��
 
 
�̇� = �̇����� = (4 
��
���
)( 47.3988
��
��
) = 189.5952 
��
���
(
� ���
�� �
) = 3.1599
��
�
= 3.1599 �� 
 
��� = 
����� ��������� �� �� ����������
������� ���� ��� ���������
 = 
�����
�����
= 
�����
�����
 
 
��� = 
�����
�����
 = 
���.��
��
��
���.�� 
��
��
���.����
��
��
����.��
��
��
 = 
���.��
��
��
��.����
��
��
 =2.9675 
 
Por interpolación: 
 
ℎ� = 281.4788
kJ
kg
 
P = 8 BAR P =8 BAR 
T S T S 
40 273.66 = X1 S1 
? 281.47 X2i S2i 
50 284.39 X2 S2 
 
(�����)
(�����)
=
(������)
(������)
∴ 
(���.������.��)
(�����)
=
(���.������.��)
(������)
∴ 
(��.��)
(��)
=
(�.����)
(������)
 
 
��� = ��� =
(�.����∗��)
(��.��)
− 50 =47.2868°C + 273.15= 320.4368°K 
 
P = 8 BAR P =8 BAR 
T S T S 
40 0.9374 = X1 S1 
47.2868 ? X2i S2i 
50 0.9711 X2 S2 
 
(�����)
(�����)
=
(������)
(������)
∴ 
(�.������.����)
(�����)
=
(�.����� ���)
(�����.����)
∴ 
(�.����)
(��)
=
(�.����� ���)
(�.����)
 
 
��� = ℎ�� = 2.7132 ∗ �
�.����
��
� − 0.9711 = 0.9619 kJ/kg 
 
� = �̇ (�� − ��) = 4 
��
���
 (0.9619 kJ/kg°K -0.9351 kJ/kg°K)=0.1072 kj/min°� 
 
 
 
6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
�ℎ������� = ℎ� − ℎ���� 
 
� =
�������
��������
 = 
��.�� 
��
��
 ���.��
��
��
���.��
��
��
 = 0.3374 = 33.74% 
 
�� = (1 − �)����� + ������ = (1 − 0.3374 ) �0.0897 
��
��°�
� + (0.3374 )(0.9351 
��
��°�
) = 
0.3749 
��
��°�
 
 
 
� = �̇ (�� − ��) = 4 
��
���
 (0.3749 kJ/kg°K - 0.3459 kJ/kg°K)=0.116 kj/min°�