Varillas de acero y de cobre

Dos varillas de sección cuadrada de 2 cm de lado esta compuesta de acero y otra de cobre, ambas soldadas de longitud L₁ = 0,1 m y L₂ = 0,2 m respectivamente. Éstas se aislan y se ponen en contacto térmico con dos focos térmicos T₁ de agua a 100 °C y T₂ de hielo a 0 °C, siendo T₁ > T₂ como se muestra en la figura.

Si los coeficientes de conductividad son: k₁ = 43 W/mK k₂ = 385 W/mK, obtener:

• La cantidad de calor que se debe transferir a través de las dos varillas.

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Calor que transmite la pared de un horno

Calcular la cantidad de calor que transmite la pared de un horno, donde la cara interior está expuesta a la temperatura de 600 °C y la exterior a 200 °C, siendo su espesor de 250 mm.

La pared es de refractario común (sílico - aluminoso).

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Transmisión de calor por conducción

Se tiene una placa de Aluminio puro, de espesor 1,5 cm. Una cara se mantiene a 250 °C y la otra a 100 °C.

Calcular:

• a) Cantidad de calor que se debe transferir a través de la placa
• b) Idem al punto anterior, pero si el material fuese hierro puro. Comparar los resultados.

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Ciclo de refrigeración con subenfriamiento e intercambiador de calor

En un ciclo de refrigeración con subenfriamiento e intercambiador de calor se desea extraer Q₂ = 10000 kJ/h a los alimentos para que se mantengan congelados. El ciclo trabaja con refrigerante R22 y los datos son:

• p_C = 1200 kPa (presión de condensador)
• p_E = 270 kPa (presión de evaporador)
• t_sub = 20 °C (temperatura de subenfriamiento)
• Rendimiento isoentrópico del compresor de 85 %

Realizar los diagramas de instalación T-S, logP-h y obtener:

• a) Poder refrigerante (q₂)
• b) Masa de refrigerante que debe circular m (kg/h)
• c) Parámetros termodinámicos h₃, h₁, s₁, t₁ y h₁ 
• d) Trabajo suministrado en el compresor (w_c) y potencia del compresor W_c (kW)
• e) Coeficiente de efecto frigorífico ε_F ó C.O.P._F Coeficiente de operación frigorífico

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Ciclo de refrigeración con subenfriamiento

En un ciclo de refrigeración con subenfriamiento se desea extraer Q₂ = 4000 kJ/h a los alimentos para que se mantengan a t₂ = -32 °C, empleando como fluido refrigerante HFC 134a. El sistema es a régimen seco con una válvula reductora de presión. La temperatura del condensador es t₁ = 40 °C y se subenfría en un intercambiador hasta t_sub = 30 °C. El compresor es ideal y se lo considera adiabático.

Realizar diagrama de instalación y calcular:

• a) Poder refrigerante (q₂)
• b) Masa de refrigerante que debe circular m (kg/h)
• c) Cantidad de calor (Q₁) que se debe entregar en el condensador
• d) Cantidad de calor (Q_int) que se debe entregar en el intercambiador
• e) Trabajo suministrado en el compresor (w_c)
• f) Coeficiente de efecto frigorífico ε_F ó C.O.P._F Coeficiente de operación frigorífica
• g) Realizar una comparación con el Coeficiente de efecto frigorífico ε_F de Carnot, operando entre las temperaturas de evaporador y condensador

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Ciclo de Refrigeración de una compresión en régimen seco

Con los mismos datos del ciclo anterior, considerando un rendimiento isoentrópico del compresor de 85 %.

Obtener:

• a) Coeficiente de efecto frigorífico ε_f ó C.O.P._F 
• b) Diagramas T-s y p-h
• c) Variación de entropía del universo
• d) Variación de exergía del universo
• e) Rendimiento exergético

Los valores del medio atmosférico de referencia son: p₀ = 1,013 bar y T₀ = 300 K.

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Ciclo de Refrigeración de una compresión en régimen seco

En un ciclo frigorífico que trabaja en régimen seco con una sola compresión y con fluido refrigerante R22, se desea extraer Q₂ = 4000 kJ/h a unos alimentos para que mantengan su temperatura a t₂ = -32 °C.

Si la temperatura de condensación es de 40 °C y consideramos que el compresor es adiabático e ideal, determinar:

• a) Croquis de instalación y diagramas T-s y p-h.
• b) Poder refrigerante (q₂)
• c) Masa del fluido a refrigerar (m)
• d) Calor entregado en el condensador (q₁)
• e) Trabajo suministrado en el compresor (wc)
• f) Coeficiente de efecto frigorífico ε_f ó C.O.P._F

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