Examen 20 Febrero 2016, preguntas y respuestas PDF

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CALCULO DE LAS CONDICIONES DE OPERACIÓN DE UN TORRE DE ENFRIAMIENTO ...

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EVALUACION TORRES

FEB 20 2016

Un sistema de refrigeración que utiliza R134a y que es enfriado en el condensador por agua proveniente de una torre de enfriamiento, funciona siguiendo un ciclo saturado entre las Tev= 4° C y una Tc=40° C . Bajo estas condiciones el sistema enfría y deshumidifica en su evaporador una cierta cantidad de masa de aire desde la condición ambiental del sitio de instalación la cual es de Ta1=22° C y una Ta1’=18°C hasta una condición de salida de Ta2=15° C y una Ta2’=14°C a una presión de P=101,3 Kpa.. CARACTERISTICAS FISICAS Y FUNCIONALES DEL EVAPORADOR. hr=2000 "coeficiente de transferencia de calor del refrigerante vaporizándose W/(m2°C) ho=60 "Coeficiente de aire que se enfría y se deshumidifica W/(m2°C) Ao=12 m2 "Área de transferencia de calor externa del evaporador, aletas más libre" AisobreAo=0,03 “relación entre el área interna y la externa del evaporador e=0,002 "espesor de tubos en metros" K=100 "Conductividad térmica del material de los tubos" Ns=0.79 Eficiencia superficial de la superficie externa del evaporador. CARACTERISTICAS FISICAS Y OPERACIONALES DEL CONDENSADOR Tc= 40°C Temperatura de condensación Uc=1000 W/(m2°C) Coeficiente global de transferencia de calor del condensador CARACTERISTICAS FISICAS Y OPERACIONALES DE LA TORRE ma_t = 0.3 Kg/s Flujo de aire que utiliza la torre para enfriar el agua. A=5 aproximación de la torre" Rango=5 " rango de la torre" Cpw=4,18 "Kj/Kg°C" a) Determinar el NUDofrec= ??? que debe ofrecer la torre para que el sistema de refrigeración pueda cumplir con el proceso de enfriamiento y des humidificación del aire

R134a

mwt=?? ma=??

W Tev=4°

Tc=40° C

mat=0.3 Kg/s Ta1=22 Ta1prima=18

b) Si las condiciones ambientales del sitio cambian a Ta1=20 y Ta1’=16 desarrollar un

procedimiento secuencial que permita determinar la cantidad de calor total retirada a la misma cantidad de aire en el evaporador. Considerar para este caso que los coeficientes de transferencia de calor de los diferentes elementos que transfieren calor no cambian, adema que el sistema de control mantiene la temperatura de evaporación del sistema constante en Tev=4°C.

SOLUCION LITERAL a Tr=4 hr=2000 "coeficiente de transferencia de calor del refrigerante vaporizandose" ho=60 "Coeficiente d0e aire que se denfria y se deumidifica" Ao=12 "Area de tranferencia de calor externa, aletas mas libre" AisobreAo=0,03 AosobreAi=1/AisobreAo Ai=AisobreAo*Ao ns=0,79 Cp=Cp(AirH2O;T=Tm;B=Tm;P=P) Tm=(Ta1+Ta2)/2 P=101,325 e=0,002 "espesor de tubos" K=100 "Conductividad termica de tubos" Rmetal=e/(K*Ai) Rref=1/(hr*Ai) Raw=1/(ho*ns*Ao) C=(Rmetal+Rref)/(Cp*Raw) "constante del serpentin" Ta1=22 Ta1wb=18 "estado de temperaturas a la entrada" ha1=Enthalpy(AirH2O;T=Ta1;B=Ta1wb;P=P) Ta1pr=DewPoint(AirH2O;T=Ta1;B=Ta1wb;P=P) "temp del punto de rocio" Ta2=15 Ta2wb=14

"estado de temperaturas a la salida"

ha2=Enthalpy(AirH2O;T=Ta2;B=Ta2wb;P=P) hs2=Enthalpy(AirH2O;T=Ts2;R=1;P=P) C=(Ts2-Tr)/(ha1-hs2) "Ecuacion para hallar Ts2 y hs2" hs1=Enthalpy(AirH2O;T=Ts1;R=1;P=P) C=(Ts1-Tr)/(ha2-hs1) "Ecuacion para hallar Ts1 y hs1" Qt1=ho*Ao*ns*LMHD/Cp Qt1=ma*(ha1-ha2)*1000 "En este caso la masa de aire se encuentra a partir delQt1, el 1000 porque Qt1 esta en W y las ha en Kj" Dh1=ha1-hs2 Dh2=ha2-hs1 frac=Dh1/Dh2 LMHD=(Dh1-Dh2)/ln(frac) "ANALISIS DEL SISTEMA DE REFRIGERACION" Tc=40 h4=enthalpy(R134a;T=Tc;x=0) h2=enthalpy(R134a;T=Tr;x=1) s2=entropy(R134a;T=Tr;x=1) Pc=pressure(R134a;T=Tc;x=0) h3=enthalpy(R134a;P=Pc;s=s2) Qc=Qt1*(h3-h4)/(h2-h4) Cpw=4,18

"Kj/Kg°C"

"ANALISIS DEL CONDENSADOR, Y LA TORRE QUE TRABAJA CON UNA APROXIMACION DE 5 Y UN RANGO DE 5" Qc=mw*Cpw*1000*(T1-T2) "Con el fin de calcular el mw" Uc=1000 T2=Ta1wb+5 "Efecto de la aproximacion" T1=T2+5 "efecto del rango" Qc=Uc*Ac*LMTDc "Con el fin de calcular el Ac" DT1=Tc-T2 DT2=Tc-T1 ft=DT1/DT2 LMTDc=(DT1-DT2)/ln(ft) "OFERTAS DE LA TORRE EN EL ESTADO INICIAL" ht1=enthalpy(airh2o;T=T1;R=1;P=P) ht2=enthalpy(airh2o;T=T2;R=1;P=P) ma_t=0,3 pen=Cpw*mw/ma_t "ma_t masa de aire torre" ha2_t=ha1+pen*(T1-T2) Dh1t=ht1-ha2_t Dh2t=ht2-ha1 frac_t=Dh1t/Dh2t LMHDt=(Dh1t-Dh2t)/ln(frac_t) NUDofr=Cpw*(T1-T2)/LMHDt RESULTADOS Variables in Main

Ac=0,4531

Ai=0,36 AisobreAo=0,03 C=0,7983 Cp=1,029 Cpw=4,18 Dh1=12,19 Dh1t=17,28 Dh2=8,367 Dh2t=17,5 DT1=17 DT2=12 e=0,002 frac=1,457 frac_t=0,9874 ft=1,417 h2=252,8 h3=275,7 h4=108,3 ha1=50,73 ha2=39,22 ha2_t=72,41 ha2 de la torre ho=60 hr=2000 hs1=30,86 hs2=38,54 ht1=89,69 ht2=68,23 K=100

Ao=12

AosobreAi=33,33

LMHD=10,16 LMHDt=17,39 LMTDc=14,36

ma=0,4881 ma_t=0,3

mw=0,3112 ns=0,79

NUDofr=1,202 P=101,3 Pc=1017 pen=4,336 Qc=6504 Qt1=5615 Raw=0,001758 Rmetal=0,00005556 Rref=0,001389 s2=0,9293 T1=28 T2=23 Ta1=22 Ta1pr=15,87 Ta1wb=18 Ta2=15 Ta2wb=14 Tc=40 Tm=18,5 Tr=4 Ts1=10,68 Ts2=13,73 Uc=1000 SOLUCION b 1) Asumir t2’ la temperatura de salida del agua de la torre en el caso con Twb disminuida 2) Con NUDr=1.202 traida del calculo anterior tantear la t1’ (temperatura de entrada del agua a la torre) hasta que la integral (Cp*dT/(H*-H) de 1.202 3) Calcular Qc´= mw*Cpw*(t1´-t2’) 4) Con Qc’=U*Äc*LMTDc’ se despeja LMTDc’ 5) Con LMTDc’ , t1’ y t2’ se despeja el nuevo valor de la Tc’ (temp de condensaciob) 6) Con Tc’ y Te=4 se calcula la relación Qev/Qcon =(h2-h1)/(h3-h4) y como se conoce el Qc’ se halla el nuevo valor de Qev’ 7) Este valor hay que chequearlo con Qev=ho*ns*Ao*LMHD´/Cp 8) LMHD´se calcula con los valores de ha1’,ha2’ y utilizando C en cada extremo de la unidad manejadora. 9) Qev’=ma*(ha1´-ha2’)...