Refrigeracion En Alimentos

1. Un refrigerador comercial con refrigerante 134a 134a como fluido de trabajo se usa para mantener el espacio refrigerado a —30

°

 rechazando su calor de desecho

a agua de enfriamiento que entra al condensador a 18 sale a 26

°

°

°

 a razón de 0.25 kg/s y

. El refrigerante entra al condensador a 1.2 MPa y 65

. El estado a la entrada del compresor es de 60 kPa y —34

°

°

 y sale a 42

 y se estima que

el compresor gana un calor neto de 450 W del entorno. Determine:

a) la calidad del refrigerante refrigerant e a la entrada del evaporador. b) la carga de refrigeración. refrigeración. c) el COP del refrigerador. d) la carga de refrigeración refrigera ción teórica máxima para la misma entrada de potencia al compresor.

Resolución:  Analizando (a): (a): A partir de las tablas tablas de refrigerante-134a refrigerante-134a (Tablas (Tablas A-ll a A-13)

 =  = °  =  = °  =  = ° ℎ = ℎ =  = ℎ =

60 kPa

—34

ℎ =

230.03 kJ/kg

1200 kPa

65

ℎ =

295.16kJ/kg

1200 kPa

42

ℎ =

111.23kJ/kg

111.23kJ/kg

60 kPa 111.23kJ/kg

 =

0.4795

Usando entalpía de líquido saturado a la temperatura dada, para el agua que tenemos (Cuadro A-4)

ℎ =75.47 ⁄ ℎ =108.94 ⁄  Analizando (B): El caudal másico del refrigerante puede determinarse a partir de un balance energético en el compresor.

̇ℎ ℎ=̇ℎ ℎ ̇295.16111.23 ⁄ =0.25 ⁄108.9475.47 ⁄ ̇ =0.0455 ⁄ El calor residual transferido desde el refrigerante, la entrada de potencia del compresor y la carga de refrigeración son

 ̇ =̇ℎ ℎ=0.0455 ⁄295.16111.23 ⁄ =8.367   ̇ =̇ℎ ℎ ̇ =0.0455 ⁄295.16230.03 ⁄ 0.450  ̇ =2.513   ̇ = ̇  ̇  ̇  ̇ =.  Analizando (c): El COP Del refrigerador se determina a partir de su definición

=  ̇ ̇ = 2.5.541304 =2.15  Analizando (D): La COP reversible del refrigerador para los mismos límites de temperatura es:

 = ⁄1 1 =  18+2731 1 =5.063 30+273   ̇ = ∗ ̇ =.

La carga máxima de refrigeración se convierte En:

2. Entra refrigerante 134a al compresor de un refrige-rador a 100 kPa y —20 razón de 0.5



°

 a

/min y sale a 0.8 MPa. La eficiencia isentrópica del compresor

es de 78 por ciento. El refrigerante entra a la válvula de estrangulación a 0.75 MPa y 26

°

 y sale del evaporador como vapor saturado a —26

°

.Muestre el

ciclo en un diagrama T-s con respecto a las líneas de saturación, y determine: a) la entrada de potencia al compresor b) la tasa de remoción de calor del espacio refrigerado c) la caída de presión y la tasa de ganancia de calor en la línea entre el evaporador y el compresor. Resolución:  Análisis (a): De las tablas refrigerantes (Tablas A-12 y A-13),

 =

 = °

 = ℎ =  =

 =  =

ℎ =

 =  = ° ℎ = ℎ =

ℎ = ℎ° =

100kPa

—20

0.97207 kJ/kg.k 239.50kJ/kg 0.19841



/kg

0.8 MPa 284.07 kJ/kg

0.75 MPa

26

 =26° Vapor sat.

87.83kJ/kg

87.83kJ/kg

 = ℎ =

0.10173 MPa 234.68 kJ/kg

 A continuación, el caudal másico del refrigerante y la entrada de potencia se convierten en:

⁄ 0. 5  ̇  ̇ =  = 0.1609841  =. ⁄ kg   ⁄ 0. 0 420  284. 0 7 239. 5 0 ⁄  ̇ ℎ   ℎ  ̇  =   = 0.78  ̇ =2.40  Análisis (B) La velocidad de remoción de calor del espacio refrigerado es:

 ̇ =̇ℎ ℎ=0.0420 ⁄ 234.6887.83 ⁄  ̇ =6.17  Análisis (C) la caída de presión y la ganancia de calor en la línea entre el evaporador y el compresor son:

∆=  =101.73100 ∆=1.73  ̇ =̇ℎ ℎ=0.203 3. Un refrigerador usa 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 por ciento y sale del compresor a 60 °C. Si el compresor consume 450 W de potencia, determine: a) El flujo másico del refrigerante b) la presión del condensador c) el COP del refrigerador. Resolución:  Análisis (a) (b) A partir de las tablas de refrigerante 134a (Tablas A - I a A 13)

 =  =

120 kPa 0.3

ℎ =

86.83 kJ/kg

ℎ = ℎ

ℎ =  =  =  = °  =  =  =

86.83 kJ/kg

0 liq. Sat.

 =

671.8kPa

ℎ =

298.87kJ/kg

 = 2

671.8kPa

60

120 kPa

ℎ =

1 vap. Sat.

236.97kJ/kg

 A continuación, el caudal másico del refrigerante y la entrada de potencia se convierten en:

 ̇  = 0.45 =. ⁄ ̇ = ℎℎ   298.87236.97kJ/kg  Análisis (c) La carga de refrigeración de la COP:

 ̇ =̇ℎ ℎ= 0.00727 ⁄ 236.97  ̇ =1.091 =  ̇ ̇ = 1.0.0491 5 =2.43 86.83)kJ/kg

4. El fabricante de un acondicionador de aire afirma que una de sus unidades

tiene una relación de eficiencia energética estacional (SEER) de 16 (Btu/h)/W. La unidad opera en el ciclo normal de refrigeración por compresión de vapor, y usa refrigerante 22 como fluido de trabajo. Este SEER es para las condiciones de operación en las que la temperatura de saturación del evaporador es de —5 °C y la temperatura de saturación del condensador es de 45 °C. La siguiente tabla da los datos del refrigerante 22. T , °C

Psat, kPa

hf , kJ/kg

hg, kJ/kg

Sg, kJ/kg. K

-5

421.2

38.76

248.1

o. 9344

45

1 728

101

261.9

0.8682

a) Haga un esquema del equipo y trace el diagrama T-s para este acondicionador de aire. b) Determine el calor absorbido por el refrigerante en el evaporador por unidad de masa del refrigerante 22, en kJ/kg. c) Determine el suministro de trabajo al compresor y el calor rechazado en el condensador por unidad de masa del refrigerante 22 en kJ/kg. Resolución:  Análisis (A) En este ciclo de refrigeración por compresión de vapor, el refrigerante entra en un vapor saturado a la presión del evaporador y deja el líquido saturado condensador en el condensador como presión saturada

 Análisis (b) Las indicaciones contenidas en el

ℎ = ℎ =ℎ° =101 /

ℎ =ℎ−° = 248.1 kJ/kg.

El calor por el refrigerante en el evaporador es

 =ℎ ℎ=./.  Análisis (c) El COP del acondicionador de aire es

 16 1  =(3.412 ⁄ℎ)=(  ⁄ℎ)(3.4121⁄ℎ)=. El trabajo de entrada al compresor es

 = 

 =   =31.4kJ/kg.  =ℎ ℎ ℎ =279.5kJ/kg.  =ℎ ℎ=./.

La entalpía en la salida es:

5. Un refrigerador real opera en el ciclo de refrigeración por compresión de

vapor, con refrigerante 22 como fluido de trabajo. El refrigerante se evapora a —15 °C y se condensa a 40 °C. La eficiencia isentropica del compresor

es

de

83

por

ciento.

El

refrigerante

tiene

un

sobrecalentamiento de 5 °C a la entrada del compresor, y un subenfriamiento de 5 °C a la salida del condensador. Determine a) el calor que se quita del espacio enfriado, y el suministro de trabajo, en kJ/kg, y el COP del ciclo. b) los mismos parámetros si el ciclo operase en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor, entre las mismas temperaturas de evaporación y condensación. Las propiedades del R-22 en el caso de la operación real son:

ℎ

=402.49 kJ/kg,

 ℎ

= 454.00 kJ/kg,

ℎ

=243.19 kJ/kg.

Las propiedades del R-22 en el caso de la operación ideal son:

ℎ

=399.04 kJ/kg,

ℎ

= 440.71 kJ/kg,

ℎ

=249.80 kJ/kg.

Nota: estado 1, entrada al compresor, estado 2, salida del compresor; estado 3, salida del condensador; estado 4, entrada al evaporador. Resolución:  Análisis (a) El proceso de expansión a través de la expansión

 ℎ ℎ  =ℎ ℎ=402.49kJ/kg  =ℎ ℎ=210.8 kJ/kg  =ℎ ℎ=. /  =  =. Válvula es isentrópica:

=  Entonces:

243.19 kJ/kg = 159.3 kJ/kg

Solución ideal de ciclo de refrigeración por compresión de vapor:

 =ℎ ℎ=.  =ℎ ℎ=190.9 kJ/kg  =ℎ ℎ=. / =  =. kJ/kg

Discusión: En la operación ideal, la carga de refrigeración disminuye 6,3% y el trabajo aportado en 19,1%, mientras que la COP aumenta un 15,8%. 6. Considere un sistema de refrigeración en cascada de dos etapas que opera entre los límites de presión de 1.2 MPa y 200 kPa con refrigerante 134a como fluido de trabajo. El rechazo de calor del ciclo inferior al superior tiene lugar en un intercambiador de calor adiabático a contracorriente en donde las presiones en los ciclos superior e inferior son 0.4 y 0.5 MPa, respectivamente. En ambos ciclos el refrigerante es un líquido saturado a la salida del condensador y un vapor saturado a la entrada del compresor, y la eficiencia isentropica del compresor es de 80 por ciento. Si el flujo másico del refrigerante en el ciclo infer ior es de 0.15 kg/s, determine a) el flujo másico del refrigerante a través del ciclo superior b) la

tasa

de

remoción

del

espacio refrigerado c) el COP de este refrigerador Resolución:  Análisis

(a)

Las

propiedades se

obtienen de las tablas de refrigerante (Tablas A-ll a A-13):

El caudal másico del refrigerante a través del ciclo superior se determina a partir de un balance energético en el intercambiador de calor:

 Análisis (B) La velocidad de remoción de calor del espacio refrigerado es:

 Análisis (C) La entrada de potencia y la COP son: