Universidad Catlica San Pablo Cochabamba-Bolivia

PROYECTO FINAL TERMODINAMICA TECNICA

Nombres : Damian Ayala Klaiber Mauricio Oroza Herbas Materia: Termodinmica Tecnica Semestre: 1/15. Docente: Dr. Marcos Lujan

JUNIO, 10 del 2015

PROBLEMA

En ambos ciclos de refrigeracin que operan sobre un amplio rango de temperatura es frecuentemente ventajoso usar mas de un fluido. En sistemas de refrigeracin esto se refiere comnmente como sistemas de cascada.

Considerar este como un sistema compuesto por dos ciclos de refrigeracin como se muestra en la figura. El ciclo de temperatura alta usa refrigerante 12 como liquido saturado que sale del condensador a 40C, y vapor saturado que sale del intercambiado de calor a -20C. El ciclo de temperatura mas baja usa un refrigerante diferente, refrigerante 13, como vapor saturado que sale del evaporador a -70C, y liquido saturado que sale del intercambiado de calor a -10C. Calcular lo siguiente:a) Flujos de masa de cada refrigerante.b) Coeficiente de rendimiento del sistema.

W0

W0

Condensador

Evaporador

Vlvula

VlvulaIntercambiador de calor

Refrigerante 12

Refrigerante 13

Vap. Sat R12-20[C]

Liq. Sat R12400[C]

Liq. Sat R12-10[C]

Vap. Sat R13-70[C]

REFRIGERANTE 12

0.9MPa 1MPa 0.96065MPas 0.7136

0.73630.70260.7259

0.70690.7299

h 211.92219.37

210.32217.97

210.949218.521

210.949 0.7069215.186 S2,r

218.521 0.7299

2

COMPRESOR

1 Vap satT1 = -20 [C]h1 = 178.74[ [KJ/Kg]S1 = 0.7087[KJ/Kg K]

S1 = S2,s =90%P2=9.6056 [bar]

h2,s = 211.541[ [KJ/Kg]

s = h2,s h1 = 211.541178.74 = 32.801KJKg

r =32.801 KJKg

0.9 = 36.446KJKg

h2,r = r + h1 = 36.446 +178.74 = 215.186KJKg

S2,r = 0.7198KJKgoK

1 2

REFRIGERANTE 13

T[C] P[MPa] h[KJ/Kg] S[KJ/KgK]-70 0.182 188.8 0.9626 vapor saturado-10 1.525 106.5 liquido saturado

13.8 1.525 224.7 0.9626 vapor sobrecalentado

CONDENSADOR

2 3 S2r = 0.7198 [KJ/KgK]h2r =215.186[KJ/Kg]P2=9.6065 [bar]

Liq satT3 = 40 [C]h3 = 74.59[ [KJ/Kg]S3 = 0.2718[KJ/Kg K]P3=9.6065 [bar]

VALVULA

h3 = 74.59[ [KJ/Kg]S3 = 0.2718[KJ/Kg K]P3=9.6065 [bar]

h4 = 74.59[ [KJ/Kg]P3=1.5059 [bar]

3 4

P3=1.5059 [bar]

hg = 178.74[ [KJ/Kg]hf = 17.82[KJ/Kg]

Sg=0.7087 [KJ/KgK]Sf=0.0731 [KJ/KgK]

X =74.59 KJKg

17.82 KJKg

178.74 KJKg

17.82 KJKg

= 0.3528 35.28%

S4 = 0.7087 i 0.3528 + (1 0.3528) i 0.0731

S4 = 0.2973KJKgoK

2 3

3 4

COMPRESOR

5 6Vap satT5= -70 [C]h5 = 188.8[ [KJ/Kg]S5 = 0.9626[KJ/Kg K]

S5 = S6s =0.9626[KJ/Kg K]P6=1.525 [MPa]

s = h6(s ) h5

s = 224.7KJKg

188.8 KJKg

s = 35.9KJKg

r2 = s

=35.9 KJKg

0.9 r2 = 39.889

KJKg

r = h6r h5h6r = 39.689 +188.8h6r = 228.68889

KJKg

S6r = 0.97662KJKgoK

VALVULA

87 Liq satT7 = -10 [C]h7 = 106.5[ [KJ/Kg]P7=1.525 [MPa]

h7= h8 =106.5[ [KJ/Kg]P7=P8 =1.525 [MPa]

5 6

7 8

INTERCAMBIADOR DE CALOR

76

1 4R12

R13

Q +Wf = hs +12Vs

2 + gzs m

o

sal he +12Ve

2 + gzeent

0 = mR12oh1 +mR13

oh7

mR12

oh4 +mR13

oh6

0 = 178.74mR12o

+106.5mR13o

74.59mR12

o+ 228.6869mR13

o

0 = mR12o(178.74 74.59)+mR13

o(106.5 228.6869)

0 = 104.15moR12122.1889m

oR13

mo12 = 1.1752m13

o

moR13 = 1.704 Kgmin

Asumimos:

mo12 = 2 Kgmin

CUARTO

QoH +

o= m

oR12 (h3 h2 )

QoH = 281.14

KJmin

QoH = 2

Kgmin

74.59 215.18556( ) KJmin

ESPACIO FRIO

QoL+

o= m

oR13(h5 h8 )

QoL = 140.3

KJmin

QoL = 1.704

Kgmin

(188.8 106.5) KJKg

Qo+

of = m

oR12 (h2r h1)

of = 2 Kgmin (215.18556 178.74)

KJKg

of 1 = 72.89 KJmin

REFRIGERANTE 12

Tomamos

of 2 =

or2 im

oR13

of 2 = 39.889 KJKg i1.704

Kgmin

of 2 = 68 KJmin

COP = QLo

of 1+

of 2

=145.01 KJmin72.89 + 68( ) KJmin

COP = 1.0357

IRREVERSIBILIDAD EN EL INTERCAMBIADOR DE CALOR

Io= To i S

ouniv

Io= 293oK S1m

o12+ S7 m13

o

S4 m

o12+ S6 m

o13

Io= 293oK 0.7087 KJKgoK i 2

Kgmin + 0.51724

KJKgoK i1.764

Kgmin

0.2973 KJKgoK i 2

Kgmin + 0.97662

kJKg oK i1.704

Kgmin

Io= 11.9 KJmin

IRREVERSIBILIDADES

To = 20 oCPo = 1bar

COMPRESOR

Io= r s( )m

oR12

Io= 36.44556 32.80( ) KJKg

i 2 Kgmin

Io= 7.29112 KJmin

CONDENSADOR

Io= To i Suniv

Io= 293oK (S3 S2 )m

oR12

QHTo

Io= 293oK (0.12718 0.7198) KJKgoK

i 2 Kgmin

281.19 KJmin293oK

Io= 18.8378 KJmin

VALVULA

Io= To i Suniv

Io= 293oK (S4 S3)m

oR12

QTo

REFRIGERANTE 13

Io= 293oK (0.2973 0.2718) KJKgoK

i 2 Kgmin

Io= 14.943 KJmin

COMPRESOR

Io= r s( )m

oR13

Io= 39.889 32.80( ) KJKg

i1.704 Kgmin

Io= 12.0849 KJmin

VALVULA

Io= To i Suniv

Io= 293oK (S8 S7 )m

oR13

QTo

Io= 293oK (0.55768 0.51724) KJKgoK

i1.704 Kgmin

Io= 20.1993 KJmin

EVAPORADOR

Asumimos TD = 60 oCIo= To i Suniv

Io= 293oK (S5 S8 )m

oR13

QLTD

Io= 293oK (0.9626 0.55768) KJKgoK

i1.704 Kgmin

145.01 KJmin213oK

Io= 2.7788 KJmin

Eficiencia de 2da Ley

Iototal = 7.29112 +18.8378 +14.943+12.0849 + 20.1993+ 2.7788Iototal = 88.029 KJmin

Exergia transferida o1+

o2 = 72.89 + 68 = 140.89 KJmin

= 1 Iototal

Exergia

= 188.029 KJmin140.89 KJmin

= 0.3751 37.51%

TABLA#2: Irreversibilidades

TABLA#3: Eficiencia de segunda ley

Irreversibilidad total[KJ/min] Exergia Trasferida Eficiencia de Segunda Ley

88.03492 140.29 37.51%

Sustancia Puntos Aparato Irreversibilidades Exergia Trasferida

R-12 1-2 Compresor 7.29112[KJ/min] 72.89[KJ/min]

2-3 Condensador 18.8378[KJ/min]

3-4 Valvula 14.943[KJ/min]

4-1 Intercabiador de calor

11.9[KJ/min]

R-13 5-6 Compresor 12.0849[KJ/min] 68[KJ/min]

6-7 Intercabiador de calor

11.9[KJ/min]

7-8 Valvula 20.1993[KJ/min]

8-5 Evaporador 2.7788[KJ/min]

Diagrama T vs S

Refrigerante 12

Diagrama P vs V

Refrigerante 12