Download Resolver los DOS problemas. Entréguelos por separado, doblados

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES
Universidad de Navarra
Examen de TERMODINÁMICA II
Obligatoria centro - 3 créditos
Curso 1996-97
18 de septiembre de 1997
Resolver los DOS problemas.
Entréguelos por separado, doblados y con el nombre por fuera.
Tiempo máximo: 2 horas 30 minutos.
Problema 1
El sistema de refrigeración por compresión de vapor de la figura opera con R-12, y
está dotado de intercambiadores de calor aire-refrigerante. Se puede suponer una diferencia
de 5 °C entre la temperatura del refrigerante y la del aire a la salida de cada intercambiador,
y que el compresor es adiabático con un rendimiento del 68 %.
(a) Para el funcionamiento en verano, saliendo el aire del evaporador a 15 °C, y del condensador a 40 °C, determinar el coeficiente de operación.
(b)Si la energía eléctrica cuesta 15 ptas/kWh, determinar el coste por hora de la energía, por
cada kW de refrigeración en las condiciones del apartado (a).
(c) Para el funcionamiento en invierno, saliendo el aire del condensador a 50 °C, y del evaporador a -5 °C, calcular el coeficiente de operación como bomba de calor.
(d)Determinar el coste por hora de la energía eléctrica para un aporte de calor de 30 kW en
las condiciones del apartado (c).
Suponer que del evaporador sale vapor saturado y del condensador líquido saturado.
Aire
40 °C (verano)
50 °C (invierno)
R-12 líq. sat.
40+5=45 °C (verano)
50+5=55 °C (invierno)
3
2
η = 68 %
1
4
R-12 vap. sat.
15-5=10 °C (verano)
-5-5=-10 °C (invierno)
Aire
15 °C (verano)
-5 °C (invierno)
Problema 2
Se representa el diagrama de flujo de una central de vapor regenerativa con recalentamiento y con cogeneración, y en la tabla adjunta se dan los valores de las propiedades termodinámicas de todos los estados. El calor retirado en la cogeneración se utiliza para calentar agua de
calefacción a 1 bar (Cp=4,18 kJ/kgK) desde 15 ºC a 80 ºC. La temperatura media en la caldera es
de 850 ºC. La temperatura ambiente es To=288 K. Sabiendo que la potencia neta de la planta es
de 15 MW, se pide:
1) Calcular el caudal total que circula por la instalación y los caudales de las extracciones 2, 5 y 7
&
&
&
( m&
1, m
2, m
5 y m
7 ).
2) Calcular el caudal de agua de calefacción que circula por el circuito de cogeneración ( m&H2O ).
3) Determinar el rendimiento térmico de la instalación.
4) Determinar el rendimiento exergético de la instalación en función de la exergía tomada por el
vapor en la caldera y en función de la aportada por la caldera.
&
m
1
1
8
3
4
m&
2
m&
5
7
m&
7
5
2
&
m
H2O
9
6
14
13
12
16
15
Estado
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
P
kPa
12000
5000
2000
2000
1000
1000
150
8
8
1000
1000
1000
12000
12000
5000
1000
150
8
T
°C
480,0
355,9
252,0
450,0
443,9
179,9
170,3
41,5
41,5
41,6
108,0
147,9
149,0
230,0
263,9
179,9
111,3
41,5
10
11
18
17
x
0,000
0,944
0,000
0,000
0,195
0,000
0,122
h
kJ/kg
3295,70
3086,76
2907,29
3357,85
3357,85
762,61
2813,41
2441,74
173,86
174,92
453,46
623,34
635,23
992,69
1154,5
1154,5
466,98
466,98
s
kJ/kg·K
6,4199
6,4792
6,5543
7,2857
7,6009
2,1382
7,5150
7,7994
0,5925
0,5925
1,3955
1,8191
1,8191
2,5921
2,9206
3,0032
1,4332
1,5240