GuíadeProblemasPEPnº3 CicloRankineysusvariantes/Ciclosderefrigeraciónpor compresióndevapor TermodinámicadeIngenieríaQuímica 1. 2. Profesor:JulioRomeroF. Ayudante:FranciscaLunaF. ConsidereunacentraleléctricadevaporqueoperaenelcicloRankineidealsimple.Elvaporentra a la turbina a 3 MPa y 35°C y es condensado a una presión de 75 kPa. Determine la eficiencia térmicadeesteciclosilabombayturbinatrabajanconun85%deeficiencia.(R:22,8%) Una central eléctrica de vapor opera en un ciclo Rankine ideal regenerativo. El vapor entra a la turbinaa6MPay450°Cysecondensaenelcondensadora20kPa.Elvaporqueseextraedela turbinaa0,4MPaparacalentarelaguadealimentaciónenuncalentadorabierto,ademáselagua saledelcalentadorcomoliquidosaturado.MuestreelcicloenundiagramaT-s,indicandovalores referencialesdetemperaturayentropía,ydetermine: a) Lasalidanetadetrabajoporkilogramodevaporquefluyeatravésdelacaldera.(R:1017 kJ/kg) b) Laeficienciatérmicadelciclo.(R:37,8%) 3. 4. 5. ConsidereunacentraleléctricadevaporqueoperaenuncicloRankineidealregenerativoconun calentador abierto de agua de alimentación. El vapor entra a la turbina a 15 MPa y 600°C, y se condensaenelcondensadoraunapresiónde10kPa.Unpocodevaporsaledelaturbinaauna presiónde1,2MPayentraalcalentadorabiertodeaguadealimentación.Determinelafracción devaporextraídadelaturbina(R:0,227)ylaeficienciatérmicadelciclo.(R:46,3%) Se tiene un ciclo Rankine con recalentamiento. El vapor sale a la caldera a 15 MPa y 500°C y se descomprimen en la primera turbina a 4 MPa para continuar a una segunda turbina donde se expandehasta2atm.Considerelaeficienciadeturbinaiguala80%ylabombacomoisoentrópica. Calculeelrendimientotérmicodelciclo.(R:27,1%) ConsidereunacentraleléctricadevaporqueoperaconelcicloRankineidealconrecalentamiento. Elvaporentraalaturbinadealtapresióna15MPay600°Cysecondensaaunapresiónde10kPa. Sielcontenidodehumedaddelvaporalasalidadelaturbinadebajapresiónnoexcedede10,4 porciento,determine: a) b) Lapresiónalaqueelvaporsedeberecalentar.(R:4MPa) Laeficienciatérmicadelciclo.(R:45%) Supongaqueelvaporserecalientahastalatemperaturadeentradadelaturbinadealtapresión. 6. ConsidereunacentraleléctricadevaporqueoperaenuncicloRankineconrecalentamientoyque tieneunasalidanetadepotenciade80MW.Elvaporentraalaturbinadealtapresióna10MPay 500°C, mientras que a la turbina de baja presión lo hace a 1 MPa y 500°C. El vapor sale del condensador como liquido saturado a una presión de 10 kPa. La eficiencia isoentrópica de la turbinaesde80porcientoyladelabombade95porciento.MuestreelcicloenundiagramaT-s respectodelaslíneasdesaturaciónydetermine: a) Lacalidad(otemperatura,sihaysobrecalentamiento)delvaporalasalidadelaturbina. (R:87,87%) b) Laeficienciatérmicadelciclo.(R:34,05%) c) Elflujomásicodevapor.(R:62,66%) 7. Una bomba de calor con el refrigerante 134a como fluido de trabajo se usa para mantener un espacioa25°C,absorbiendoelcalordeunafuentedeaguageotérmicaqueentraenelevaporador a50°Caunatasade0,065kg/s,ysalea40°C.Elrefrigeranteentraenelevaporadora20°Ccon unacalidadde23%,ysalealapresióndeentradacomovaporsaturado.Elrefrigerantepierde300 Wdecaloralosalrededorescuandofluyeatravésdelcompresor,ysaledelcompresora1,4MPa alamismaentropíaquealaentrada.Determine: a) b) c) 8. 9. Losgradosdesubenfriamientodelrefrigerante.(R:3,8°C) Elflujomásicoderefrigerante.(R:0,0194kg/s) LacargadecalentamientoyelCOPdelabombadecalor.(R:3,07kW;4,68) Unabombadecalorqueoperaenuncicloidealporcompresióndevaporconrefrigerante134ase utilizaparacalentaraguade15a45°Caunatasade0,12kg/s.Laspresionesdelcondensadorydel evaporadorson1,4y0,32MPa,respectivamente.Determinelaentradadepotenciaalabombade calor.(R:2,97kW) Enelcondensadordeunabombadecalorresidencialentrarefrigerante134ªa800kPay55°Ca unatasade0,018kg/s,ysalea750kPasubenfriadoa3°C.Elrefrigeranteentraalcompresora200 kPasobrecalentadoen4°C.Determine: a) b) c) 10. Laeficienciaisoentrópicadelcompresor.(R:67%) Latasadecalorsuministradaalahabitacióncalentada.(R:3,67kW) ElCOPdelabombadecalor.(R:4,64) Alcompresordeunrefrigeradorentrarefrigerante134aa140kPay-10°Caunatasade0,05kg/s, y sale a 0,8 MPa y 50°C. El refrigerante se enfría en el condensador a 26°C y 0,72 MPa, y se estrangulaa0,15MPa.Descartetodaposibilidaddetransferenciadecalorycaídadepresiónen laslíneasdeconexiónentreloscomponentes,ydetermine: a) La tasa de remoción de calor del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor.(R:7,927KW;2,017KW) b) Laeficienciaisoentrópicadelcompresor.(R:93,85%) c) Elcoeficientededesempeñodelrefrigerador(COPR).(R:3,93) 11. Enunrefrigeradorseutilizarefrigerante134acomofluidodetrabajo,yoperaenuncicloidealde refrigeraciónporcompresióndevaporentre0,14y0,8MPa.Sielflujomasicodelrefrigerantees 0,05kg/s,determine: a) La tasa de eliminación de calor del espacio refrigerado y la entrada de potencia al compresor.(R:7,18kW;1,81kW) b) Latasaderechazodecaloralambiente.(R:9kW) c) ElCOPdelrefrigerador.(R:3,97) 12. Un refrigerador usa el 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% y sale del compresor a 60°C. Si el compresor consume 450 W de potencia, determine: a) b) c) Elflujomásicodelrefrigerante.(R:0,00727kg/s) Lapresióndelcondensador.(R:672kPa) ElCOPdelrefrigerador.(R:2,43)