FACULTAD DE QUÍMICA, ING. QUÍMICA E ING. AGROINDUSTRIALDEPARTAMENTO DE PROCESOS

PRIMER BALOTARIO DE EJERCICIOS DE REFRIGERACIÓN Y CONGELADO2015-1

1. En las siguientes figuras se representa el diagrama físico de las instalaciones frigoríficas. Represente el sistema en el diagrama P-h y T-s.

2. Una aplicación de producción de frío demanda una potencia frigorífica de 200KW, su temperatura de evaporación debe ser -35°C y su temperatura de condensación 45°C. Si se pretende usar en todos los casos R-22, esquematice, grafique T-s, P-h, P-v, y calcule el trabajo de compresión, el calor de condensación y el coeficiente de eficiencia energética en los siguientes casos:

a. Ciclo estándar de compresión mecánica simple.b. Compresión doble directa con enfriador intermedio, inyección parcial. (Eficiencia del enfriador intermedio

0,7)c. Compresión doble directa con enfriador intermedio, inyección total.d. Compresión doble en cascada, con diferencia de 3°C entre las temperaturas de evaporación y condensación

de ambos ciclos.e. Compresión simple con dos evaporadores.f. Compresión doble con dos evaporadores.

3. Un sistema de refrigeración utiliza R-22 para suministrar una capacidad frigorífica de 180 kW a una temperatura de evaporación de -30°C y una presión de condensación de 1730 kPa. Calcular:

a. Potencia absorbida por un sistema de compresión mecánica simple estándar.b. Potencia absorbida por el ciclo múltiple de la figura, donde el enfriador intermedio opera a una presión de

603 kPa.4. Un sistema de refrigeración por compresión de vapor funciona con disposición en cascada utilizando Refrigerante

134a. Para el ciclo inferior, el fluido de trabajo entra en el compresor como vapor saturado a -20°C y se comprime isentrópicamente a 350 KPa. El líquido Saturado sale del intercambiador de calor intermedio en 350KPa, y entra en la válvula de expansión. Para el ciclo superior, el fluido de trabajo entra en el compresor como vapor saturado a una temperatura 5°C por debajo de la temperatura de condensación del refrigerante inferior en el intercambiador de calor intermedio. El refrigerante se comprime isoentrópicamente a 1700KPa. El líquido Saturado luego entra en la válvula de expansión a 1700KPa. La capacidad refrigeración del sistema en cascada es de 20 toneladas. Determinar:

a. Grafique el diseño del ciclo y su representación T-s.b. La potencia de entrada a cada compresor.c. El coeficiente general de performance del ciclo en cascada.

5. Una bomba de calor opera en estado estacionario con refrigerante 134a como fluido de trabajo. Los datos de funcionamiento se muestran en la figura por un día en el que la temperatura exterior es de 20°C. Supongamos operación adiabática del compresor. Para que la bomba de calor, determine:

a. la tasa de flujo volumétrico del refrigerante.b. la tasa de flujo másico de aire caliente a la casa y de aire frío en el exterior.c. la eficiencia isentrópica del compresor.d. la potencia del compresor, en HP.e. el coeficiente de rendimiento.

6. En la Figura a continuación muestra una de dos etapas de sistema de refrigeración por compresión de vapor con amonio como fluido de trabajo. El sistema utiliza un intercambiador de calor de contacto directo para lograr refrigeración intermedia. El evaporador tiene una capacidad de refrigeración de 30 toneladas y produce -20 °F de vapor saturada a su salida. En la primera etapa del compresor, el refrigerante se comprime adiabáticamente a 80lbf/in2, que es la presión en el intercambiador de calor de contacto directo. Vapor Saturado a 80lbf/in2 entra en la segunda etapa del compresor y se comprime adiabáticamente a 250lbf/in2. Cada etapa del compresor tiene un rendimiento isoentrópico del 85 %. No hay pérdidas de carga importantes. El refrigerante entra como líquido saturado en cada válvula de expansión. Determinar:

a. El ratio de los flujos másicos, m3/m1.

C

A

D

B

b. la entrada de potencia a cada etapa del compresor, en HP.c. el coeficiente de performance.d. Plotee cada una de las cantidades calculadas en las partes (a) - (c ) versus el rango de presiones del

intercambiador de contacto directo de calor que va con un rango de presión de 20 – 200 lbf/in 2 . Grafique P2

vs m3/m1, P2 vs Wc y P2 vs COP. Discuta.

Pregunta 3 Pregunta 5

Pregunta 6

7. Un compresor alternativo de simple efecto y tres etapas con interenfriamiento comprime 200 m 3/h de aire desde 1 bar y 17°C hasta 50 bar. La presión del interenfriamiento es la óptima teórica, aunque la temperatura de descarga de cada interenfriador es de 37°C. En las tres etapas: la compresión es politrópica con n=1,3; c=5% y existen 4 cilindros por etapa. El eje motriz del compresor gira a 200rpm.

a. Calcule el calor transferido en cada interenfriador.b. Determine la potencia total requerida por el compresor.c. Determine la eficiencia isotérmica de la compresión en la tercera etapa.d. Calcule el volumen de desplazamiento de cada cilindro de la tercera etapa.

8. Un Sistema de refrigeración de compresión de vapor que trabaja con refrigerante R134a es utilizado para el servicio de una cámara de almacenamiento de productos congelados. El sistema consta de un evaporador, dos compresores, un condensador, un intercambiador de calor, un depósito separador y tantas válvulas de expansión sean necesarias.

El refrigerante que viene del condensador al entrar al intercambiador de calor es subenfriado hasta 24,2°C a costa de recalentar el vapor de refrigerante que sale del evaporador. El refrigerante subenfriado, previamente expandido, ingresa al depósito separador y el vapor se mezcla con el vapor sobrecalentado del compresor de baja. La otra parte del refrigerante alimenta a los otros elementos para remover el calor del foco frío. El proceso de compresión tiene una eficiencia adiabática de 84,35% en ambos compresores.Las temperaturas de evaporación y condensación son -26,37°C y 31,31°C, respectivamente.La relación de compresión entre los compresores es de RCCB = 1,3 RCCA.Se pide:

a. Diagrama físico y diagrama P-h.b. Presión de succión del compresor de alta.c. Volumen de succión de refrigerante en cada compresor.d. Longitud de desplazamiento en cada compresor.e. Altura del espacio muerto de cada compresor.f. Índice de cada ciclo de compresión (k).g. Potencia de cada compresor.

Características Compresor de AltaCompresor de

Baja

N (rpm) 700 900

n (cilindros) 2 2

e (efectos) 2 2

v 0,90 0,85

c (%) 6 5

Masa succionada (Kg/s) 0,1874 0,2247

D/L 0,4 0,6

9. Un sistema ideal de refrigeración de gas con tres etapas de compresión con interenfriamiento opera con aire que entra al primer compresor a 50 kPa y - 30 °C. Cada compresor de este sistema tiene una relación de presiones de 7, y la temperatura del aire a la salida de todos los interenfriadores es de 15 °C. Calcule:

a) La temperatura de salida de cada compresor y a la entrada del evaporador. (1,5ptos.)b) El COP de este sistema. Use calores específicos constantes a temperatura ambiente. (2ptos.)

10. Un ciclo estándar de compresión mecánica simple utiliza R-22 como refrigerante. La capacidad frigorífica del evaporador es 180 kW a una temperatura de -30°C. La presión de condensación del refrigerante es 1534,1 kPa. Más tarde el ciclo es revisado para funcionar con los mismos parámetros pero siguiendo los esquemas (A) y (B) de la figura inferior, en ambos casos la presión del depósito intermedio es 498,1 kPa. Calcular para el ciclo simple y para las dos configuraciones de ciclo compresión múltiple propuestas:

a) Graficar los diagramas T-s y p-h. (1pto.)b) La potencia de compresión necesaria. (1,5ptos.)c) El coeficiente de Rendimiento COP. (1,5ptos.)d) En función a los resultados, cuál de las configuraciones recomendaría. (1pto.)

Nota: Suponer que no existen pérdidas de presión en los elementos del ciclo, que no existen recalentamientos, ni subenfriamientos en los evaporadores y condensadores y que los compresores son ideales.