Evaporador de alta. Evaporador de baja. Figura 1.A: Esquema del ciclo con dos evaporadores

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Roberto Cortés Pérez
hace 6 años
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1 Problema La figura.a muestra el esquema de una instalaión de R-34a on dos evaporadores. El evaporador de baja temperatura suministra 0 kw de refrigeraión on una temperatura de evaporaión de -30 C y el evaporador de alta suministra 200 kw a 5 C. La temperatura de ondensaión es 40 C. Calular la potenia de ompresión requerida y la efiienia energétia del ilo. 3 2 Evaporador de alta Evaporador de baja 4 5 Figura.A: Esquema del ilo on dos evaporadores Se analiza la posibilidad de suministrar las mismas potenias frigorífias on las mismas temperaturas de evaporaión y ondensaión utilizando el esquema alternativo de la figura.b. Calular la potenia de ompresión requerida y la efiienia energétia del ilo. 5 4 Evaporador de alta Compresor de alta 3 2 Compresor de baja Figura.B: Esquema del ilo on dos ompresores y depósito intermedio Nota: Suponer que no existen pérdidas de presión en los elementos del ilo, que no existen realentamientos, ni subenfriamientos y que los ompresores son perfetos. A) W! = 5.3 kw COP = 2.43 B) W! = 92.4 kw COP = 4.2 Evaporador de baja

2 Problema 2 La instalaión de refrigeraión por amoniao de la figura onsta de dos evaporadores, uno (A) alimentado por una bomba, que produe una potenia frigorífia de 5 kw y otro (B) en expansión direta, on una válvula de expansión termostátia de 5ºC, que desarrolla 25 kw de potenia frigorífia. El manómetro oloado a la entrada al evaporador A mara 3.2 bar, la temperatura de evaporaión del evaporador B es de -20ºC y la de ondensaión 40ºC. Se pide: A. Calular el audal que debe mover la bomba para que el título de vapor del punto sea del 5%. B. Si el rendimiento volumétrio e isentrópio de los dos ompresores puede estimarse en 0. y 0. respetivamente, alular el desplazamiento volumétrio de los ompresores y el COP de la instalaión, omparándolo on el de Carnot. C. Dibujar sobre el diagrama p-h adjunto todos los puntos de la instalaión de la figura, indiando su temperatura y entalpía Evaporador A Evaporador B 9 Nota: Suponer que las pérdidas de arga por rozamiento en todos los elementos, el onsumo de energía de la bomba y el inremento de presión en la bomba de líquido son despreiables. El subenfriamiento del líquido en el ondensador es de 4ºC. A)!m RA = kg/s B) W! B = 3.59 kw W! A = 45.3 kw COP = 3.39 COP arnot = 4.93

3 Problema 3 La instalaión de refrigeraión por amoniao de la figura inferior onsta de dos evaporadores. La temperatura de evaporaión del evaporador de baja es -20ºC y produe una potenia frigorífia de 200 kw. Un manómetro oloado en el evaporador de alta mara 4.5 bar y este absorbe una potenia frigorífia de 00 kw. Si temperatura de ondensaión es de 40ºC y se pretende que el título de vapor a la salida de los dos evaporadores sea del 5%: A. Calular los audales de refrigerante que deben mover las dos bombas de líquido. B. Si el rendimiento volumétrio e isentrópio de los ompresores puede estimarse en 0. y 0. respetivamente, alular el desplazamiento volumétrio de los ompresores y el COP de la instalaión. C. Dibujar sobre un diagrama p-h adjunto todos los puntos de la instalaión de la figura inferior, anotando la temperatura y la entalpía de ada uno de ellos Nota: Suponer que las pérdidas de arga en los elementos son despreiables, no existe subenfriamiento del líquido y el onsumo de energía y el inremento de presión asoiados a las bombas de líquido son despreiables. A)!m RB = 0. kg/s!m RA = kg/s B) V! tb = 529 m 3 /h V! ta = 30 m 3 /h COP = 3.45

4 Problema 4 Una instalaión para enfriamiento de agua desarrolla un ilo simple de ompresión meánia on amoniao, utilizando un ondensador de aire y una válvula de expansión termostátia. Los siguientes datos fueron medidos: Presión manométria de ondensaión: 454 kpa Presión manométria de evaporaión: 32.3 kpa Temperatura del gas de aspiraión: 5 C Temperatura del amoniao a la salida del ondensador: 35 C UA del evaporador: 4032 W/K Caudal de agua sobre el evaporador: 3300 l/h Temperatura del agua a la entrada al evaporador: 20 C Rendimiento volumétrio del ompresor: η v = p Rendimiento isentrópio del ompresor: η v = p En las expresiones de los rendimientos y son las presiones absolutas de ondensaión y evaporaión respetivamente. En estas ondiiones alular: A. Temperatura del agua a la salida del evaporador [ C]. B. Caudal de refrigerante [kg/s] y desplazamiento volumétrio del ompresor [m³/h]. C. Potenia frigorífia [kw], potenia de ompresión [kw] y COP de la instalaión. Para mejorar el omportamiento de la instalaión se desea ambiar el ondensador de aire por un ondensador de agua que onsiga una nueva temperatura de ondensaión de 30 C, suponiendo que la temperatura de evaporaión permanee onstante. Se utiliza omo fluido de ondensaión 000 l/h de agua a 20 C. Calular en esta nueva situaión: D. Nueva potenia frigorífia [kw], potenia de ompresión [kw] y COP de la instalaión. E. Efetividad [%] y UA [W/K] que debe de tener el nuevo ondensador de agua. Nota: Suponer que no existe pérdida de presión por rozamiento. Y que para el aso de la ondensaión por agua el subenfrimiento del líquido es nulo. A) T ws = ºC B) C) Q! f = kw W! = 4.0 kw COP = 3.55 D) Q! f = 53.4 kw W! = 0.5 kw COP = 5. E) ε = 9.2 % p!m R = kg/s! V t = 3.2 m 3 /h UA = 095 W/K p e ( p e ) ( ) p e

5 Problema 5 Durante la fase de diseño de una instalaión frigorífia industrial on R-34a, se estima una temperatura de evaporaión de 5ºC, una temperatura máxima del aire exterior de 40ºC, un subenfriamiento del líquido de 5ºC y un sobrealentamiento del vapor de 0ºC. La potenia frigorífia neesaria es de 00 kw, se utilizará un ondensador de aire on una temperatura de ondensaión estimada de 50ºC, un audal de aire de 400 m 3 /h por ada kw evauado en el ondensador y un U = 40 W/(m²K). El rendimiento volumétrio e isentrópio del ompresor pueden estimarse en 0.5 y 0.0 respetivamente. Dibujar todos puntos del ilo sobre el diagrama adjunto indiando su temperatura y su entalpía. Calular: A. Desplazamiento volumétrio [m³/h] del ompresor neesario B. COP de la instalaión frigorífia C. Efetividad [%] del ondensador D. Área [m²] del ondensador Finalmente el audal de aire del ondensador resulta ser m 3 /h, si se desea mantener la misma temperatura de ondensaión, alular: E. El área [m²] de ondensador neesaria (la U es la misma) y la efetividad [%] del mismo. A) V! t = 200. m 3 /h B) C) D) A = 593 m 2 E) COP = 3.53 ε = 5 % ε = 5.5 % A = 2 m 2

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