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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)