Ingeniería

Ingeniería Energética, Transmisión de Calor y Fluidos. Grado en Ingeniería del Diseño y Desarrollo del Producto. Curso 2012/2013.

Boletín nº 5. Problemas resueltos.
3. (Mor-10.3) Un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor opera en situación estacionaria con R134a como fluido de trabajo. En el compresor entra vapor saturado a −10 ºC, y del condensador sale líquido
saturado a 28ºC. El flujo másico es 5 kg/min. Determine:
a) La potencia del compresor en kW. (R: 2,212 kW)
b) La capacidad de refrigeración, en ton. (R: 3,62 ton)
c) La relación de eficiencia energética (R: 5,75)
SOLUCIÓN
Se conoce: El refrigerante R-134a es el fluido de trabajo de un ciclo ideal de refrigeración por compresión
de vapor. Las condiciones de entrada en el compresor (vapor saturado) y salidadel condensador (líquido
saturado) indican que efectivamente se trata de un ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor. El
caudal másico y las temperaturas en los estados mencionados son conocidos.
Se debe hallar: La potencia del compresor, la capacidad de refrigeración y la EER.
Datos conocidos y diagrama:

Consideraciones e hipótesis:
1) El sistema se encuentra en estadoestacionario, esto es, cada componente se puede analizar como un
volumen de control en estado estacionario.
•

2) La expansión a través de la válvula es un proceso de estrangulación ( W válv = 0 ). Todos los demás
procesos son internamente reversibles.
3) El compresor y la válvula operan adiabáticamente, y en el evaporador y el condensador no se realiza
trabajo.
4) Las variaciones de energíascinética y potencial son despreciables en todos los componentes del sistema.
5) En el compresor entra vapor saturado y del condensador sale líquido saturado.
Análisis:
a) Por tratarse de un ciclo ideal, tendríamos la disposición que se presenta en la figura anterior, donde el
compresor actúa entre los estados 1 y 2s. Aplicando el balance de potencia entre dichos puntos:
•
• 

 • 
dEvc •C22s
C12
= Q vc − W vc + m1  h1 +
+ gz1  − m 2 s  h2 +
+ gz2 s  = 0
2
2
dt





Suponiendo despreciables las variaciones de energías cinética y potencial, así como el intercambio de
calor en el compresor y teniendo en cuenta que el caudal másico de entrada coincide con el de salida,
obtenemos que:

1

Depto. Física Aplicada I. Escuela Politécnica Superior. Universidadde Sevilla.
•

•

W compresor m ( h1 − h2 s )
=

(1)

El caudal másico es conocido. La entalpía específica h1 corresponde al estado de vapor saturado a
−10ºC. En la tabla 10, sin embargo, aparecen los valores para −8 y −12 ºC, luego es necesario realizar
una interpolación lineal. Así resulta que h1 = 241,35 kJ/kg.
El estado 2s corresponde a vapor sobrecalentado, por lo que se necesitanlos valores de dos funciones de
estado para evaluar h2s. Por una parte, la entropía específica es la misma que en el estado 1. Ésta se
obtiene por medio de otra interpolación lineal entre −8 y −12ºC, luego:
s2 s
=

s1
=

0,9233 kJ/kg·K

En el condensador no hay cambio de presión, por lo cual, la presión en 2s corresponde a la del estado 3,
que según el enunciado es líquido saturado a28 ºC. Con la Tabla 10 obtenemos de forma directa que:

p3 psat (= 28 ºC ) 7, 2675 bar
=
T
=

p=
2s

Fijados los valores de p y s, observamos la Tabla 12. Los valores de h se indican a valores de p distintos
de p2s (7,0 y 8,0 bar) y a valores distintos de s (0,9197 y 0,9539 kJ/kg·K para 7 bar y valores totalmente
distintos de éstos para 8 bar). Por lo tanto, será necesario realizar unainterpolación con tabla de doble
entrada.
En una interpolación doble, buscamos el valor de la función A para ciertos valores de x e y (x = x0, y =
y0). Para ello partimos de una Tabla como la que se adjunta a continuación:
y1

y2

x1

A11

A12

x2

A21

A22

Donde x0 e y0 son valores intermedios entre x1 y x2, y entre y1 e y2, respectivamente. La interpolación
doble se...