8/17/2019 Ejercicio 11-46

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EJERCICIO 11-46THERMODYNAMICS:

 AN ENGINEERING APPROACH 8

TH

ED.

Juan Camilo Urango Pérez

Ciclos de potencia y análisis energéticoGrupo 3

 Alejandro Fula

Universidad Nacional de Colombia2016-01

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1. Enunciado del problema

Se analizará una bomba de calor que utiliza R-134a y opera enun ciclo de refrigeración por compresión de vapor para calentaruna casa que pierde calor al ambiente a una tasa de 60 000 kJ/h

De la cual se conoce que:

= 280 = 0°

= 30° = 1000 = 60°

   = 60 000

→    = 16,67

Se debe determinar:

   = ?    = ? ∆   = ?

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2. Esquema

Figura 1. Figura 2.

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3. Suposiciones

1. Existen condiciones estacionarias de operación.

2. ∆ ≈ 0, ∆ ≈ 0

3. No se dan caídas de presión ni perdidas por el flujo en

tuberías.

4. Se busca mantener la casa a una temperatura fija, por lo

que    =   

5. Para la comparación de la bomba de calor con elcalentador de resistencia, se supone que este convierte todoel trabajo eléctrico en calor.

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4. Leyes físicas

+

= ∆

   =       =   

5. Propiedades

Del enunciado:

= 280 = 0°

= 1000 = 60°

= 30°

Del conocimiento del ciclo:

= = 1000

= = 280

ℎ = ℎ

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Estado P (kPa) T(°C) h (kJ/kg) s (kJ/kg K) x

1 280 0

2 1000 60

3 1000 30

4 280 h4 = h3

Se encuentran las demás propiedades con EES

T sat

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Estado P (kPa) T(°C) h (kJ/kg) s (kJ/kg K) x

1 280 0 250,8 0,9362 ---

2 1000 60 293,4 0,985 ---

3 1000 30 93,57 0,3472 ---

4 280 -1,247 93,57 0,3578 0,2174

T sat (°C)

-1,247

39,37

6. Cálculos

B. E 1→2:    = ℎ ℎ → = 42,55

B. E 2→3:    = ℎ ℎ → = 199,8

B. E 4→1:    = ℎ ℎ → = 157,3

Hallando el flujo másico:

   = → =  

  → =

16,67

199,8

→ = 0,0834

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Potencia de entrada:

   = →    = 0,0834

42,55

→    = 3,55

Tasa de absorción de calor:

   = →    = 0,0834 (157,3

) →    = 13,12

 Aumento en la potencia de entrada, si se utiliza calentador de resistencia:

“En un calentador deresistencia, en el mejorde los casos, la tasa deentrega de calor es iguala la potencia de entrada”

  , =       =      

∆   = , ∆   =   

∆   = 13,12 kW

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7. Conclusiones y comentarios

Conclusión: Se nota claramente que el sistema de bomba calor esmas conveniente que un calentador de resistencia para laaplicación de calefacción.Para el caso hipotético ciudad de Medellín, Abril de 2016, setendría:

 ℎ = 13,12

ℎ

ℎ

 ℎ − =$363,57

ℎ 13,12

ℎ

ℎ

 ℎ −= $4770/hora de uso

 ℎ − =$513,28

ℎ 13,12

ℎ

ℎ

 ℎ −= $6734/hora de uso

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Comentario: Se puede notar que la bomba de calor que se analizó, utilizaun compresor que no es isentropico.

= 0,9362

, = 0,985

Para el caso en que fuera isentropico.

ℎ = 277,5

, = ℎ ℎ → , = 26,25

 η, =

→ η, =

26,25

42,55

→ η, = 0,6264 → 62,64%

∆   , = → ∆   , = 0,0834

(42,55

- 26,25

)

∆   ,=1,326 kW 

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Referencias

Cengel, Y. (8 Ed). (2015). Thermodynamics: an engineeringapproach. New York, EEUU: MacGraw Hill Education.

EPM. (2016). Tarifas y Costo de Energía Eléctrica –

Mercado Regulado (Abril de 2016). Recuperado dehttp://http://www.epm.com.co/site/Portals/2/do-cumentos/tarifas/2016/Publicaci%C3%B3n%20Abril%2012%20de%202016%20Opci%C3%B3n.pdf