Turbina adiabática ideal y máquina frigorífica reversible

Se dispone de una instalación formada por una turbina adiabática ideal y una máquina frigorífica reversible (ver figura).

 

La masa de aire de m = 100 kg/s, evoluciona de p₁ = 5 bar y t₁ = 27 °C, pasando por una válvula hasta la presión p₂ = 2 bar. Posteriormente se expande en la turbina hasta la presión p₃. La turbina entrega un trabajo W = 1673,6 kW a la MFR (máquina frigorífica reversible) que opera entre las fuentes T_F2 = 600 K y T_F1 = 1000 K.

Se pide obtener:

• a) Diagramas (p-v) de la evolución del aire.
• b) Para el aire: T₂, T₃, p₃ 
• c) Para la máquina frigorífica: Q₁, Q₂, ε_MFR (coeficiente de efecto frigorífico)

NOTA: 1 kW = 1 kJ/s, y además considerar al aire como gas ideal:

• c_p = 1,005 kJ/(kg·K)
• c_v = 0,718 kJ/(kg·K)
• R = 0,287 kJ/(kg·K)
• k = 1,4

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