Examen 2 de Máquinas y Equipos Térmicos

Máquinas y Equipos Térmicos

2º Examen del 1º Trimestre Fecha: 12-12-2013

1. Definiciones y preguntas cortas:

a. Dibuja el Ciclo de Carnot para una máquina frigorífica.

b. Rendimiento de la máquina frigorífica (general y de Carnot).

c. ¿Cuál de los dos ciclos termodinámicos estudiados tiene mayor rendimiento y cuál mayor potencia, el de Carnot o el de Rankine? El ciclo de Carnot tiene mayor rendimiento ya que es el ciclo ideal, el que tomamos como referencia del máximo rendimiento que podemos conseguir, sin embargo el ciclo de Rankine tiene mayor potencia porque el ciclo de Carnot funciona entre dos procesos isotermos y dos adiabáticos, y debido a que los procesos isotérmicos hay que realizarlos muy despacio, el tiempo en realizar un ciclo es grande, como la potencia es energía partido por tiempo, la potencia es pequeña. d. Define el concepto de calor y enumera los mecanismos de transmisión de calor que existen. Calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos a distinta temperatura o entre cuerpos o sustancias que cambian de estado. Existen tres mecanismos de transmisión de calor: conducción, convección y radiación.. radiación



e. Explica de forma muy breve la aplicación de la primera ley de la termodinámica a los elementos de una máquina frigorífica.

f.

¿En qué consiste el enfriamiento gratuito o free-cooling?

Consiste en regular o variar la proporción del aire de renovación o aire exterior en la caja de mezcla, para que cuando la temperatura del aire exterior sea inferior a la del aire interior, se renueve el 100% del aire, es decir tomemos una proporción del 100% de aire exterior y 0% de aire interior. 2. Una máquina frigorífica cuyo EER es 2,0 consume una potencia de 1000W. ¿Cuánto tiempo tardará en enfriar un litro de agua desde 50ºC hasta 0ºC?



3. Se expande el volumen de un gas a presión constante de 1 Bar desde un volumen inicial de 2 litros a un volumen final de 5 litros. En el proceso, el gas absorbe 400 calorías. ¿Cuál es el trabajo realizado por el gas?, ¿Cuál es el cambio de energía interna sufrido por el gas?

4. Un equipo de aire acondicionado quiere enfriar una sala de dimensiones (5m x 6m x 3m) llena de aire “seco” (w = 0g agua/kg aire seco). Suponiendo que a través de las paredes de la sala entra calor a razón de 6kW y que la temperatura inicial de la sala es 35ºC,

a. Calcula la potencia frigorífica que debe tener el equipo para enfriar la sala hasta 24ºC en 5 minutos, sabiendo que el calor específico del aire es 0,24cal/g.K y la densidad del aire es 1,18kg/m3.

b. Si la temperatura del foco caliente (condensador) es 50ºC y la temperatura del foco frío (evaporador) es 5ºC. Calcula el rendimiento ideal de la máquina.



c. Si el EER de la máquina es el 50% del rendimiento ideal, calcula la potencia eléctrica que consume.

d. Qué cantidad de vapor de agua será necesario introducir en la sala para conseguir una humedad del 55%.

e. Si una vez que se ha climatizado la sala a 24ºC y 55% de humedad, paramos la máquina hasta que la temperatura vuelve a 35ºC, cuál será el nuevo valor de humedad relativa.



5. Calcular el descenso de temperatura que sufrirá un recinto que se encontraba a 30ºC con una humedad del 30% sobre el que se ha pulverizado agua en una cantidad de 4gr/kg de aire seco. Calcula también el aumento de la humedad relativa.

6. Se quiere climatizar un restaurante, el aire exterior está a 30ºC y humedad relativa 60% y el aire interior a una temperatura de 24ºC y humedad relativa del 50%. Se va a recircular 60m3/min del aire interior y se va a introducir 20m3/min de aire exterior. Calcular:

a. Las condiciones del aire resultante en la caja de mezcla.



b. La potencia que debe tener la máquina para llevar el aire mezcla hasta las condiciones de impulsión: 16ºC, 80% de humedad.

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