Problemas de examen de opción múltiple Capítulo 10: Ciclos de refrigeración Cengel/Boles-Termodinámica: un enfoque de ingeniería, 4 a edición

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Marcos Rodríguez Iglesias
hace 6 años
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1 Problemas de examen de opción múltiple Capítulo 10: Ciclos de refrigeración Cengel/Boles-Termodinámica: un enfoque de ingeniería, 4 a edición (Los valores numéricos de las soluciones se pueden obtener si se copian las soluciones EES que se dan, se pegan en una pantalla EES en blanco, y se oprime el comando Solve. Problemas parecidos, y sus soluciones, se pueden obtener con facilidad si se modifican los valores numéricos.) Cap.10-1 Entrada de trabajo de una bomba de calor Carnot Considere una bomba de calor que opera en el ciclo inverso de Carnot con R134a como fluido de trabajo que se ejecuta bajo el domo de saturación entre los límites de presión de 140 y 800 kpa. El refrigerante cambia de vapor saturado a líquido saturado durante el proceso de rechazo de calor. La entrada de trabajo neto para este ciclo es de (a) 28 kj/kg (b) 143 kj/kg (c) 34 kj/kg (d) 273 kj/kg (e) 56 kj/kg Respuesta: (a) 28 kj/kg. P1=800 "kpa" P2=140 "kpa" h_fg=enthalpy(r134a,x=1,p=p1)-enthalpy(r134a,x=0,p=p1) TH=TEMPERATURE(R134a,x=0,P=P1)+273 TL=TEMPERATURE(R134a,x=0,P=P2)+273 q_h=h_fg COP=TH/(TH-TL) w_net=q_h/cop W1_work = q_h/cop1; COP1=TL/(TH-TL) "Al usar el COP del refrigerador" W2_work = q_h/cop2; COP2=(TH-273)/(TH-TL) "Al usar C en lugar de K" W3_work = h_fg3/cop; h_fg3= ENTHALPY(R134a,x=1,P=P2)-ENTHALPY(R134a,x=0,P=P2) "Al usar h_fg en P2" W4_work = q_h*tl/th "Al usar la relación equivocada" Cap.10-2 Entrada de potencia mínima a un refrigerador Un refrigerador elimina calor de un espacio refrigerado a 10 o C a una tasa de 420 J/s y lo envía al ambiente que está a 25ºC. La entrada de potencia mínima que se necesita es de (a) 420 W (b) 56 W (c) 588 W (d) 124 W (e) 371 W Respuesta: (b) 56 W. TH= TL= Q_L=420 "J/s" COP_max=TL/(TH-TL) w_min=q_l/cop_max W1_work = Q_L/COP1; COP1=TH/(TH-TL) "Al usar el COP de la bomba de calor"

2 W2_work = Q_L/COP2; COP2=(TH-273)/(TH-TL) "Al usar C en lugar de K" W3_work = Q_L*TL/TH "Al usar la relación equivocada" W4_work = Q_L "Al tomar la tasa de refrigeración como la entrada de potencia"

3 Cap Tasa de flujo másico del R-134a de un refrigerador Un refrigerador opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor con R134a como fluido de trabajo entre los límites de presión de 120 y 800 kpa. Si la tasa de eliminación de calor del espacio refrigerado es 38 kj/s, la tasa de flujo másico del refrigerante es de (a) 0.18 kg/s (b) 0.97 kg/s (c) 0.27 kg/s (d) 0.22 kg/s (e) 1.4 kg/s Respuesta: (c) 0.27 kg/s. P1=120 "kpa" P2=800 "kpa" s2=s1 Q_refrig=38 "kj/s" m=q_refrig/(h1-h4) h2=enthalpy(r134a,s=s2,p=p2) W1_mass = Q_refrig/(h2-h1) "Al usar las entalpías equivocadas, para W_in" W2_mass = Q_refrig/(h2-h3) "Al usar las entalpías equivocadas, para Q_H" W3_mass = Q_refrig/(h1-h44); h44=enthalpy(r134a,x=0,p=p4) "Por usar la entalpía equivocada h4 (en P4)" W4_mass = Q_refrig/h_fg; h_fg=enthalpy(r134a,x=1,p=p2) - ENTHALPY(R134a,x=0,P=P2) "Al usar h_fg en P2" Cap Suministro de calor por medio de una bomba de calor Una bomba de calor opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor con R134a como fluido de trabajo entre los límites de presión de 0.32 y 1.4 MPa. Si la tasa de flujo másico del refrigerante es de 0.25 kg/s, la tasa de suministro de calor por medio de la bomba de calor al espacio calentado es (a) 7.6 kw (b) 31 kw (c) 26 kw (d) 39 kw (e) 49 kw Respuesta: (d) 39 kw. P1=320 "kpa" P2=1400 "kpa" s2=s1 m=0.25 "kg/s" Q_supply=m*(h2-h3) "kj/s"

4 h2=enthalpy(r134a,s=s2,p=p2) W1_Qh = m*(h2-h1) "Al usar las entalpías equivocadas, para W_in" W2_Qh = m*(h1-h4) "Por usar las entalpías equivocadas para Q_L" W3_Qh = m*(h22-h4); h22=enthalpy(r134a,x=1,p=p2) "Al usar la entalpía equivocada h2 (hg en P2)" W4_Qh = m*h_fg; h_fg=enthalpy(r134a,x=1,p=p1) - ENTHALPY(R134a,x=0,P=P1) "Al usar h_fg en P1" Cap Contenido de humedad del R134a después del inyectado Un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor con R134a como fluido de trabajo opera entre los límites de presión de 120 y 1000 kpa. La fracción de masa del refrigerante que se encuentra en fase líquida en la entrada del evaporador es (a) 0.65 (b) 0.61 (c) 0.38 (d) 0.50 (e) 0 Respuesta: (b) P1=120 "kpa" P2=1000 "kpa" x4=quality(r134a,h=h4,p=p4) liquid=1-x4 W1_liquid = x4 "Al tomar la calidad como el contenido de líquido" W2_liquid = 0 "Al suponer vapor sobrecalentado" W3_liquid = 1-x4s; x4s=quality(r134a,s=s3,p=p4) "Al suponer expansión isentrópica" s3=entropy(r134a,x=0,p=p3) Cap COP de una bomba de calor Considere una bomba de calor que opera en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor con R134a como fluido de trabajo entre los límites de presión de 0.32 y 1.4 MPa. El coeficiente de rendimiento (COP) de esta bomba de calor es (a) 0.80 (b) 1.2 (c) 6.2 (d) 4.1 (e) 5.1 Respuesta: (e) 5.1. P1=320 "kpa" P2=1400 "kpa" s2=s1

5 h2=enthalpy(r134a,s=s2,p=p2) COP_HP=qH/Win Win=h2-h1 qh=h2-h3 W1_COP = (h1-h4)/(h2-h1) "COP del refrigerador" W2_COP = (h1-h4)/(h2-h3) "Uso de entalpías equivocadas, QL/QH" W3_COP = (h22-h3)/(h22-h1); h22=enthalpy(r134a,x=1,p=p2) "Uso de entalpía equivocada h2 (hg en P2)" Cap Temperatura mínima de un ciclo de refrigeración por gas (aire) Un ciclo ideal de refrigeración por gas que usa aire como fluido de trabajo opera entre los límites de presión de 80 y 240 kpa. El aire se enfría a 40 o C antes de entrar a la turbina. La temperatura más baja de este ciclo es (a) 44 C (b) 29 C (c) 40 C (d) -205 C (e) -71 C Respuesta: (a) 44 C. k=1.4 P1= 80 "kpa" P2=240 "kpa" T3= "K" "La temperatura mínima es la temperatura de salida de la turbina." T4=T3*(P1/P2)^((k-1)/k) W1_Tmin = (T3-273)*(P1/P2)^((k-1)/k) "Al usar C en lugar de K" W2_Tmin = T3*(P1/P2)^((k-1)) "Al usar un exponente equivocado" W3_Tmin = T3*(P1/P2)^k "Al usar un exponente erróneo" Cap Entrada de potencia para un ciclo de refrigeración por gas (helio) Considere un ciclo ideal de refrigeración por gas que usa helio como fluido de trabajo. El helio ingresa al compresor a 100 kpa y 20 C y se comprime a 220 kpa. Luego el helio se enfría a 20 C antes de que ingrese a la turbina. Para una tasa de flujo másico de 0.22 kg/s la entrada de potencia neta que se requiere es (a) 1.1 kw (b) 16.6 kw (c) 37.8 kw (d) 164 kw (e) 107 kw Respuesta: (b) 16.6 kw. k=1.667 Cp= "kj/kg.k" P1= 100 "kpa" T1= "K"

6 P2=220 "kpa" T3= "K" m=0.22 "kg/s" "La temperatura mínima es la temperatura de salida de la turbina." T2=T1*(P2/P1)^((k-1)/k) T4=T3*(P1/P2)^((k-1)/k) W_netin=m*Cp*((T2-T1)-(T3-T4)) W1_Win = m*cp*((t22-t1)-(t3-t44)); T22=T1*P2/P1; T44=T3*P1/P2 "Uso de relaciones erróneas para las temperaturas" W2_Win = m*cp*(t2-t1) "Al ignorar el trabajo de la turbina" W3_Win=m*1.005*((T2B-T1)-(T3-T4B)); T2B=T1*(P2/P1)^((kB-1)/kB); T4B=T3*(P1/P2)^((kB-1)/kB); kb=1.4 "Al usar las propiedades del aire" W4_Win=m*Cp*((T2A-(T1-273))-(T3-273-T4A)); T2A=(T1-273)*(P2/P1)^((k-1)/k); T4A=(T3-273)*(P1/P2)^((k-1)/k) "Uso de C en lugar de K" Cap Entrada mínima de calor para un sistema de refrigeración por absorción Un sistema de aire acondicionado por absorción eliminará calor del espacio acondicionado a 20 C a una tasa de 85 kj/s mientras opera en un ambiente a 35 C. El calor se va a suministrar de una fuente geotérmica a 140 C. La tasa mínima de abasto de calor es (a) 12 kj/s (b) 35 kj/s (c) 17 kj/s (d) 58 kj/s (e) 85 kj/s Respuesta: (c) 17 kj/s. TL= "K" Q_refrig=85 "kj/s" To= "K" Ts= "K" COP_max=(1-To/Ts)*(TL/(To-TL)) Q_in=Q_refrig/COP_max W1_Qin = Q_refrig "Al tomar COP = 1" W2_Qin = Q_refrig/COP2; COP2=TL/(Ts-TL) "Expresión equivocada de COP " W3_Qin = Q_refrig/COP3; COP3=(1-To/Ts)*(Ts/(To-TL)) "Expresión de COP errónea, COP_HP" W4_Qin = Q_refrig*COP_max "Al multiplicar por el COP en lugar de dividir" Cap COP de un refrigerador Considere un refrigerador que opera en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor con R134a como fluido de trabajo. El refrigerante entra al compresor en forma de vapor saturado a 140 kpa, y sale a 900 kpa y 70 C, y deja el condensador en forma de líquido saturado a 900 kpa. El coeficiente de rendimiento de este refrigerador es de (a) 0.67 (b) 1.0 (c) 3.6 (d) 2.1 (e) 3.1 Respuesta: (d) 2.1. P1=140 "kpa" P2=900 "kpa"

7 T2=70 "C" h2=enthalpy(r134a,t=t2,p=p2) COP_R=qL/Win Win=h2-h1 ql=h1-h4 W1_COP = (h2-h3)/(h2-h1) "COP de la bomba de calor" W2_COP = (h1-h4)/(h2-h3) "Uso de entalpías equivocadas, QL/QH" W3_COP = (h1-h4)/(h2s-h1); h2s=enthalpy(r134a,s=s1,p=p2) "Al suponer compresión isentrópica"

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