Preguntas Capitulo 12.docx

EL CICLO DE CARNOT INVERTIDO. 11-1C ¿Por qué estudiamos el ciclo de Carnot invertido, aunque no es un modelo realista para los ciclos de refrigeración? Por qué el ciclo invertido de Carnot sirve como un estándar contra el cual se comparan los ciclos reales de refrigeración. 11-2C ¿Por qué el ciclo de Carnot invertido ejecutado dentro del domo de saturación no es un modelo realista para ciclos de refrigeración? Esto se debe a que el proceso 2-3 incluye la compresión de un vapor húmedo que requiere un compresor que maneje dos fases, y el proceso 4-1 implica la expansión de un refrigerante con alto contenido de humedad en una turbina. CICLOS IDEALES Y REALES DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR 11-5C ¿El ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor tiene algunas irreversibilidades internas? Si ya que incluye un proceso irreversible de estrangulamiento. 11-6C ¿Por qué no se reemplaza la válvula de estrangulación por una turbina isentrópica en el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor? Sin embargo, el reemplazo de la válvula de expansión por una turbina no es práctico, ya que los beneficios adicionales no justifican el costo y la complejidad que se generan. 11-9C ¿El área comprendida dentro de un ciclo en un diagrama T-s representa la entrada neta de trabajo para el ciclo de Carnot invertido? ¿Y para el ciclo ideal de refrigeración por compresión de vapor? Para un ciclo ideal de refrigeración de compresión el área bajo la curva del proceso en un diagrama T-s representa la transferencia de calor en caso de procesos internamente reversibles. 11-11C El COP de los ciclos de refrigeración por compresión de vapor mejora cuando el refrigerante se subenfría antes de que entre a la válvula de estrangulación. ¿Se puede subenfriar indefinidamente el refrigerante para maximizar este efecto, o hay un límite inferior? Explique La temperatura mínima a la que se puede enfriar el refrigerante antes del estrangulamiento es la temperatura del fregadero (el medio de enfriamiento) ya que el calor se transfiere del refrigerante al medio de enfriamiento. ANÁLISIS DE LA SEGUNDA LEY DE LOS CICLOS DE REFRIGERACIÓN POR COMPRESIÓN DE VAPOR 11-27C ¿Cómo se define la eficiencia de exergía de un refrigerador que opera en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor?

Es la relación de los COP real y máximo para el ciclo. 11-28C ¿Cómo se define la eficiencia de exergía de una bomba térmica que opere en el ciclo de refrigeración por compresión de vapor?

11-29C Considere el compresor isentrópico de un ciclo de refrigeración por compresión de vapor. ¿Qué son la eficiencia isentrópica y la eficiencia de exergía de este compresor? Justifique sus respuestas. ¿La eficiencia de exergía de un compresor es necesariamente igual a su eficiencia isentrópica? Explique.

Por lo tanto, la eficiencia isentrópica y la eficiencia de exergía de un compresor son ambas del 100%. La eficiencia de exergía de un compresor no es necesariamente igual a su eficiencia isentrópica. Las dos definiciones son diferentes. En el cálculo de la eficiencia isentrópica, la entalpía de salida se encuentra en el estado isentrópico mientras que la eficiencia de exergía implica el estado de salida real. Las dos eficiencias suelen ser cercanas, pero diferentes.

SELECCIÓN DEL REFRIGERANTE CORRECTO 11-38C Al seleccionar un refrigerante para cierta aplicación, ¿qué cualidades buscaría usted en el refrigerante? Temperatura ambiente frio y ambiente caliente. No sea Toxico, corrosivo, inflamable. Altas entalpias de vaporización. SISTEMAS DE BOMBAS DE CALOR (TÉRMICAS) 11-43C ¿Piensa usted que un sistema de bomba de calor será más eficaz respecto a costos en Nueva York o en Miami? ¿Por qué? Un sistema de bomba de calor es más rentable en Miami debido a las bajas cargas de calefacción y altas cargas de enfriamiento en esa ubicación. 11-44C ¿Qué es una bomba de calor con fuente de agua? ¿Cómo se compara el COP de un sistema de bomba de calor con fuente de agua con el de un sistema de fuente de aire? Usan agua subterránea a profundidades de hasta 80 m en el intervalo de temperaturas entre 5 y 18 °C, y no tienen problemas de formación de escarcha. Por lo común, mantienen COP más altos, que los sistemas de fuente de aire porque la temperatura del agua es más alta que la temperatura del aire en invierno. SISTEMAS INNOVADORES DE REFRIGERACIÓN 11-51C ¿Qué es la refrigeración en cascada? ¿Cuáles son las ventajas y las desventajas de la refrigeración en cascada?

Consiste en efectuar el proceso de refrigeración por etapas, es decir, tener dos o más ciclos de refrigeración que operan en serie. Los refrigeradores en cascada son más complejos y caros, pero tienen COP más altos, pueden incorporar dos o más refrigerantes diferentes y pueden alcanzar temperaturas mucho más bajas. 11-52C ¿Cómo se compara el COP de un sistema de refrigeración en cascada con el COP de un ciclo simple de compresión de vapor que opera entre los mismos límites de presión? el sistema en cascada mejora el COP de un sistema de refrigeración que operan entre los mismos límites de presión. 11-54C Considere una refrigeración en cascada de dos etapas y un ciclo de refrigeración con dos etapas de compresión con una cámara de auto evaporación. Ambos ciclos operan entre los mismos límites de presión y usan el mismo refrigerante. ¿Cuál sistema elegiría usted? ¿Por qué? Preferiríamos el sistema de refrigeración de compresión de dos etapas con una cámara de expansión, ya que es más simple, más económico y tiene mejores características de transferencia de calor. 11-55C ¿Un sistema de refrigeración por compresión de vapor con un solo compresor puede manejar varios evaporadores que operen a diferentes presiones? ¿Cómo? Si al expandir el refrigerante por etapas en varios dispositivos de estrangulación. 11-56C En el proceso de licuefacción, ¿por qué se comprimen los gases a muy altas presiones? Aprovechar el efecto de enfriamiento mediante el estrangulamiento de altas presiones a Bajas presiones. CICLO DE REFRIGERACIÓN DE GAS 11-67C ¿En qué se distingue el ciclo de refrigeración de gas ideal del ciclo Brayton? El ciclo de refrigeración de gas ideal es idéntico al ciclo de Brayton, excepto que opera en la dirección inversa. 11-68C ¿En qué se distingue el ciclo de refrigeración de gas ideal del ciclo de refrigeración de Carnot? El ciclo de refrigeración de gas ideal se distingue al ciclo de refrigeración de Carnot debido a que los procesos de transferencia de calor no son isotérmicos (Tgas varia considerablemente durante el proceso de transferencia de calor.) COPRGAS
Con la regeneración debido a que la disminución de la T de entrada de la turbina reduce automáticamente la temperatura de salida de la misma, Tmin ciclo cuando se repite el proceso. SISTEMAS DE REFRIGERACIÓN POR ABSORCIÓN 11-84C ¿Se puede usar agua como refrigerante en aplicaciones de acondicionamiento de aire? Explique. Si, porque la Tmin queda por arriba del punto de congelación del H20. 11-85C ¿Qué es la refrigeración por absorción? ¿En qué se distingue un sistema de refrigeración por absorción de un sistema de refrigeración por compresión de vapor? Se usa cuando se tiene una fuente de energía térmica barata. Implican la absorción de un refrigerante por un medio de transporte. Se distingue de los sistemas de refrigeración por compresión de vapor en que el compresor es reemplazado por un sistema de absorción. 11-86C ¿Cuáles son las ventajas y las desventajas de la refrigeración por absorción? VENTAJAS  Se comprime un liquido en vez de un vapor.  El trabajo del flujo estacionario es proporcional al volumen específico, por lo que la entrada de trabajo en los sistemas de refrigeración por absorción es muy pequeña.  Trigeneración: calor, frio, energía eléctrica despreciable.  Económico.  No requieren electricidad para funcionamiento del compresor.  Fuente de energía térmica barata. DESVENTAJAS  Costosos, complejos, ocupan espacio.  Menos eficientes.  Requieren torres de enfriamiento mas grande para liberar calor residual.  Difícil en mantenimiento. 11-87C En los ciclos de refrigeración por absorción, ¿por qué se enfría el fluido en el absorbedor y se calienta el fluido en el generador? El fluido en el absorbedor se enfría para maximizar el contenido de refrigerante del líquido; el fluido en el generador se calienta para maximizar el contenido de refrigerante del vapor. 11-88C ¿Cómo se define el coeficiente de desempeño de un sistema de refrigeración por absorción? Se define como:

11-89C ¿Cuáles son las funciones del rectificador y del regenerador en un sistema de refrigeración por absorción? El rectificador separa el agua de NH3 y la devuelve al generador. El regenerador transfiere algo de calor de la solución rica en agua que deja el generador a la solución rica en NH3 que sale de la bomba.

DERIVADAS PARCIALES Y RELACIONES ASOCIADAS 12-1C ¿En qué se distinguen las derivadas parciales y las derivadas ordinarias? Para las funciones que dependen de una variable, son idénticas. Para las funciones que dependen de dos o más variables, el diferencial parcial representa el cambio en la función con una de las variables, ya que las otras variables se mantienen constantes. El diferencial ordinario para tales funciones representa el cambio total como resultado de cambios diferenciales en todas las variables. 12-2C Considere la función z (x, y), sus derivadas parciales (dz/dx) y y (dz/dy) x y la derivada total dz/dx. a) ¿Cómo se comparan las magnitudes (dx)y y dx? b) ¿Cómo se comparan las magnitudes (dz)y y dz? c) ¿Hay alguna relación entre dz,(dz)x y (dz)y?

12-3C Considere una función z (x, y) y su derivada parcial (dz/dy) x. ¿Puede esta derivada parcial ser todavía una función de x? Si. 12-4C Considere una función f(x) y su derivada df/dx. ¿Se puede determinar esta derivada calculando dx/df y tomando su inversa? Si. LA ECUACIÓN DE CLAPEYRON 12-21C ¿Cuál es el valor de la ecuación de Clapeyron en la termodinámica? Permite determinar el cambio de entalpía asociado con un cambio de fase (como la entalpía de vaporización hfg) a partir sólo del conocimiento de datos de P, v y T que si son medibles. 12-22C ¿Qué aproximaciones intervienen en la ecuación de Clapeyron-Clausius?

En pequeños intervalos de temperatura, hfg puede considerarse como una constante.

RELACIONES GENERALES PARA du, dh, ds, cv y cp. 12-33C ¿Se puede determinar la variación del calor específico cp con la presión a una temperatura dada conociendo sólo los datos de P-v-T?

Si con la relación de:

EL COEFICIENTE DE JOULE-THOMSON 12-55C ¿Qué representa el coeficiente de Joule-Thomson? El comportamiento de la temperatura de un fluido durante un proceso de estrangulamiento (h=cte).

El coeficiente de Joule-Thomson es una medida del cambio en la temperatura con la presión durante un proceso de entalpía constante. Observe que si:

12-56C Describa la línea de inversión y la temperatura máxima de inversión. Línea de inversión: Algunas líneas de entalpía constante en el diagrama T-P contienen un punto de pendiente cero o coeficiente de Joule-Thomson cero. La línea que pasa por estos puntos recibe el nombre de línea de inversión. Temperatura máxima de inversión: La temperatura es la intersección de la línea P=0 y la parte superior de la línea de inversión recibe el nombre de temperatura máxima de inversión. 12-57C La presión de un fluido siempre disminuye durante un proceso adiabático de estrangulación. ¿Sucede lo mismo con la temperatura? No, la temperatura del fluido aumentará durante el proceso de estrangulamiento que sucede al lado derecho de la línea de inversión y disminuirá durante el proceso de estrangulamiento que se lleva a cabo en lado izquierdo de la línea de inversión. 12-58C ¿El coeficiente de Joule-Thomson de una sustancia cambia con la temperatura a presión fija? Si, ya que se determina a partir del conocimiento del calor especifico a P=cte, y comportamiento de la T,P,v. 12-59C ¿Cambiará la temperatura del helio si se estrangula adiabáticamente de 300 K y 600 kPa a 150 kPa? No. El helio es un gas ideal y h=h(T) para los gases ideales. Por lo tanto, la temperatura de un gas ideal permanece constante durante un proceso de estrangulamiento (h = constante).