EVALUACION DE SISTEMAS TERMICOS

EVALUACION DE SISTEMAS TERMICOS               DIC 1 2012

Se desea diseñar un sistema de refrigeración optimizado por el costo mínimo de sus componentes principales (Compresor, condensador y evaporador) para que enfríe aire (Cp=1,006 Kj/Kg ⁰C) de una cámara frigorífica desde 20 hasta 10 ⁰C con una carga de calor sobre el evaporador de  Qe=10 Kw. Para el sitio de ubicación del sistema la temperatura del aire disponible para realizar la condensación del refrigerante luego de ser comprimido, es de 28 ⁰C y se dispone de un ventilador cuyo flujo se puede regular para que la temperatura de salida del aire sea de 38 ⁰C y se regule una temperatura del refrigerante en el condensador de  Tc=45 ⁰C sea cual fuere el tamaño de los equipos.

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El sistema usa R134a como refrigerante y los estados por los que pasa a la salida del evaporador y del condensador son saturados ( por lo tanto h4=enthalpy(R134a;T=Tc;x=0) y así los demás estados, la compresión es isoentropica reversible y la expansión es isoentálpica de modo que h4=h1. Recuerde (entre otras cosas) que desde el punto de vista del refrigerante  Qe=mr*(h2-h1)  y Wc=mr*(h3-h2).

Asuma que el costo de los intercambiadores aire-refrigerante se puede estimar como

Cint=1800000*A^0.8 [$]       y que el sistema trabaja 10 horas diarias durante un periodo de 100 meses y el costo de la energía se puede asumir como 0.10 [$/Kj] con una inflación de g=0.0035 mensual y se paga un interés de i=0.01 mensual. Además el costo de adquisición del compresor se puede estimar como Cinvcom=700000*Wc^0.75

Para los cálculos del condensador desprecie la variación de temperatura para el de sobrecalentamiento del refrigerante y asuma que el condensador transfiere todo el calor real pero como si el refrigerante en todo el proceso estuviera a la temperatura de condensación, es decir solo se condensara. (esto se puede asumir puesto que el porcentaje de calor para de sobrecalentar es pequeño frente a lo que se requiere para condensar)

Asuma los coeficientes globales del condensador y evaporador como  Uc=0.5  Kw/m2 ⁰C y

Ue=0.3  Kw/m2 ⁰C respectivamente.

Determinar los tamaños óptimos del condensador y del evaporador, y el consumo de potencia para ese caso.

SOLUCION

"Tev=0"   "Se parametriza la solución por la Te de evaporación, ya que a menores valores de esta más grande será  la LMTDe del evaporador pues estará más distante de las temperaturas del aire Tae1=20 y Tae2=10,  si la LMTDe es más grande se requerirá un menor tamaño del Ae evaporador dado que siempre se quiere sacar 10 Kw de calor, y por lo tanto un menor costo pero a la vez se requerirá un mayor trabajo de compresión, que empujara los costos del sistema en sentido contrario. Ademas dado que el condensador debe sacar Qc=Wc+Qe y estos al variar cambian el Qc y por lo tanto su tamaño y costo”

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