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Para enfriar 10 ºC una corriente de 0,15 kg/s aire, se va a usar una máquina de R134a cuyo compresor toma el vapor saturado a 400 kPa y lo suelta a 1 MPa y 50 ºC. Suponiendo que la caída de presión en los cambiadores puede despreciarse. Se pide:

a) Diagrama termodinámico de los procesos que sufre el refrigerante, indicando las temperaturas de cambio de fase en los cambiadores.

b) Condiciones a la salida de la válvula.

c) Gasto másico de refrigerante y potencia que consume el compresor.

d) Eficiencia energética de la máquina.

e) Temperatura mínima a la que podría enfriarse el aire, y humedad inicial máxima para que no haya condensación.

Datos:

>	read`../therm_eq.m`:read`../therm_const.m`:read`../therm_proc.m`:with(therm_proc):

>	su1:="Aire":su2:="H2O":su3:="CF3CH2F":dat:=[DT=-10*K_,ma=0.15*kg_/s_,p1=400e3*Pa_,p2=1e6*Pa_,T2=(50+273.15)*K_,T3=(36+273.15)*K_];

>

Rdat:=get_gas_data(su3),get_liq_data(su3):pvR:=get_pv_data(su3):Adat:=get_gas_data(su1):Adat:=subs(c[p]=c[pa],R=R[a],M=M[a],T[b]=nada,[Adat]):Wgdat:=get_gas_data(su2):Wgdat:=subs(c[p]=c[pv],R=R[v],M=M[v],[Wgdat]):Wldat:=get_liq_data(su2):Wdat:=op(Wgdat),Wldat:get_pv_data(su2):dat:=op(dat),Const,SI2,SI1:

a) Diagrama termodinámico de los procesos que sufre el refrigerante, indicando las temperaturas de cambio de fase en los cambiadores.

>	T1_:=evalf(subs(dat,solve(p1=pvR(T),T)));'T1_'=TKC(%);T2v_:=evalf(subs(dat,solve(p2=pvR(T),T)));'T2v_'=TKC(%);

i.e. el R134a vaporiza a 8,6 ºC y condensa a 39 ºC.

b) Condiciones a la salida de la válvula.

Con el modelo de sustancia perfecta con la referencia h=s=0 para la fase líquida en el puntu triple (177 K, 870 Pa):

>	T3:=T2v;h3_:=subs(T=T2v_,dat,subs(Rdat,hl(T)));T1=Tv(p1);h1_:=subs(T=T1_,dat,subs(Rdat,hv(T)));h4l_:=subs(T=T1_,dat,subs(Rdat,hl(T)));x4:=(h3-h4l)/(h1-h4l);x4_:=(h3_-h4l_)/(h1_-h4l_);

i.e. de la válvula sale a 8,7 ºC, 400 kPa, y con una fracción másica de vapor del 20%.

c) Gasto másico de refrigerante y potencia que consume el compresor.

>	QR:='QR':eqEv:=QR=-ma*c[pa]*DT;eqEv_:=subs(Adat,dat,%);eqEvR:=QR=mR*(h1-h4);mR_:=subs(dat,rhs(eqEv_/(h1_-h3_)));eqC:=W=mR*(h2-h1);h2_:=subs(T=T2,dat,subs(Rdat,hv(T)));eqC_:=W=subs(dat,mR_*(h2_-h1_));

i.e. en el vaporizador debe absorber 1,5 kW, por lo que hace hace falta un flujo de R134a de 0.009 kg/s, necesitando el compresor 330 W.

d) Eficiencia energética de la máquina.

>	eqCOP:=eta='QR/W';eqCOP:=subs(eqEv_,eqC_,dat,%);;

i.e. el rendimiento energético del ciclo es de 4,6 (absorbe de la fuente fría 4,6 veces más energía de la que consume el compresor).

e) Temperatura mínima a la que podría enfriarse el aire, y humedad inicial máxima para que no haya condensación.

Como el vaporizador de refrigerante trabaja a 8,7 ºC, ésa será la mínima temperatura alcanzable por el aire, para lo cual la entrada de éste debería ser a 8,6+10=18,6 ºC.

Para que no pueda haber condensación en este último caso, la humedad absoluta del aire ha de ser menor que la del punto de rocío en eses condiciones (8,6 ºC y 100 kPa), que es de 7 gr/kg (52% HR a la entrada).

>	w[max]:=subs(dat,w(1,T1_,p0));phi[max]:=evalf(subs(dat,phi(w[max],T1_-DT,p0)));

>