Proyecto Final Termo
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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
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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]
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Diagrama T vs S
Refrigerante 12
Diagrama P vs V
-
Refrigerante 12