2012

Universidad Industrial de Santander Bucaramanga – Santander Andrés David Bonilla Cortes COD. 2080450

ANÁLISIS DEL CICLO DE [REFRIGERACIÓN DE GAS ]Realización del código en EES para el análisis de refrigeración en aviones en dos etapas (Bootstrap)

Ciclo mejorado para refrigeracio n

Planteamiento del Problema Realizar el código en EES para el ciclo mejorado de refrigeración en aviones como función de una

presión de alta y determinar: a) Potencia requerida de compresión, b) Temperatura final (estado

6) c) masa de aire

Ilustración 1. Diagrama Ciclo de refrigeración en dos etapas

Ilustración 2. Diagrama T-s Ciclo de refrigeración en dos etapas

Solución del problema en EES

Analisis de un Ciclo de Refrigeracion de Gas en dos etapas

Aplicacion en aviones

Estado 0

T0 = 18

P0 = 14 · 101,325

30

Estado 1

V = 600 [mph]

T;ram = T1 – T0

T;ram = 0,9 · 0,000178 · V2

Teniendo en Cuenta una eficiencia del 90%

T1 = ( T1 – 32 ) · 5 / 9 conversion de °F a °C

P1 = P0

s 1 = s ( 'Air' ; T =T1 ; P = P1 )

h1 = h ( 'Air' ; T =T1 )

La condicion final del aire debe ser 30 in de Hg y una T confotable

Estado 2s

T2s = T ( 'Air' ; s =s 1 ; P = P2s )

Estado 2

efi1 = 0,9

efi1 = T2s – T1

T2 – T1

P2 = P2s

h2 = h ( 'Air' ; T =T2 )

Estado 3

efi int1 = 0,9

efi int1 = T2 – T3

T2 – T1

s 3 = s ( 'Air' ; T =T3 ; P = P2 )

h3 = h ( 'Air' ; T =T3 )

Estado 4s

T4s = T ( 'Air' ; s =s 3 ; P = P4s )

Estado 4

efi2 = 0,9

efi2 = T4s – T3

T4 – T3

P4 = P4s

h4 = h ( 'Air' ; T =T4 )

Estado 5

efi int2 = 0,8

efi int2 = T4 – T5

T4 – T3

s 5 = s ( 'Air' ; T =T5 ; P = P4 )

h5 = h ( 'Air' ; T =T5 )

Estado 6s - Expancion isentropica

T6s = T ( 'Air' ; s =s 5 ; P = 101,325 )

efiexp = 0,9

efiexp = T5 – T6

T5 – T6s

h6 = h ( 'Air' ; T =T6 )

Trabajo de expancion igual a trabajo de compresion de la segunda etapa

h5 – h6 = h4 – h3

Requerimientos de flujo de aire para garantizar el confort

ma = Qs

Cpa · ( 24 – T6 )

Qs = 3,517 1 ton de refrigeracion

Cpa = Cp ( 'Air' ; T =Tm )

Tm = 24 + T6

2

Requerimientos de potencia por tonelada de refrigeracion

Pot = ma · ( h2 – h1 )

potencia a cargo de la presurizacion

T7s = T ( 'Air' ; s =s 1 ; P = 101,325 )

efi1 = T7s – T1

T7 – T1

h7 = h ( 'Air' ; T =T7 )

Potpresu = ma · ( h7 – h1 )

Potencia a cargo de la presurizacion

Tabla de resultados

Presión alta o P4

[KPa]

Presión intermedia

o P2 [Kpa]

Potencia de Compresión

[KW]

Potencia de presurización

[KW]

Temperatura 6

[C]

Flujo másico de

aire [Kg/s]

150 111,8 22,49 19,63 9,627 0,2431

157,9 113,6 19,22 16,42 6,818 0,2033

165,8 115,5 17 14,23 4,177 0,1763

173,7 117,3 15,41 12,65 1,687 0,1566

181,6 119,2 14,21 11,44 -0,6674 0,1417

189,5 121 13,28 10,49 -2,899 0,1299

197,4 122,9 12,54 9,725 -5,018 0,1204

205,3 124,7 11,93 9,093 -7,035 0,1126

213,2 126,6 11,43 8,562 -8,959 0,106

221,1 128,4 11,01 8,11 -10,8 0,1004

228,9 130,2 10,65 7,72 -12,56 0,0956

236,8 132,1 10,35 7,38 -14,24 0,09138

244,7 133,9 10,08 7,08 -15,86 0,08768

252,6 135,7 9,851 6,815 -17,41 0,08439

260,5 137,6 9,647 6,577 -18,91 0,08145

268,4 139,4 9,468 6,364 -20,35 0,0788

276,3 141,2 9,308 6,17 -21,74 0,07641

284,2 143 9,166 5,995 -23,08 0,07423

292,1 144,8 9,038 5,834 -24,38 0,07224

300 146,6 8,924 5,687 -25,64 0,07042

Pot = ma · ( h2 – h1 )

potencia a cargo de la presurizacion

T7s = T ( 'Air' ; s =s 1 ; P = 101,325 )

efi1 = T7s – T1

T7 – T1

h7 = h ( 'Air' ; T =T7 )

Potpresu = ma · ( h7 – h1 )

Conclusiones

Se realizó el análisis en función de la presión alta, en este caso P4, variándola de 150 [Psi]

a 300 [Psi]

El valor de la presión intermedia se determinó en función de la presión alta, esto se realizó

teniendo en cuenta que el trabajo de compresión (Wc) en la segunda etapa es igual al

trabajo realizado por la turbina(Wt)

La Potencia de compresión disminuye aun con el aumento de presión, se cree que es

también por el trabajo de expansión que hace la turbina, siendo esta una gran ventaja del

ciclo en dos etapas

Como era de esperarse, la potencia de presurización también disminuye con el aumento

de P alta

La temperatura obtenida para la entrada del avión disminuye, se cree que podría por esto,

utilizarse una P alta entre 170 y 205 [KPa] para que no lleguen a obtenerse temperaturas

muy altas ni muy bajas, esta estimación es totalmente empírica

El flujo másico disminuye con el aumento de la Presión alta, pero para el intervalo de

temperaturas seleccionado varía entre 0.11 a .15 [Kg/s]

Se obtiene un menor gasto de potencia en comparación con el ciclo de refrigeración

simple