Descripción
Un recipiente de 80 L contiene 4 kg de refrigerante 134a a una presión de 160 kPa. Determine a) la temperatura del refrigerante, b) la calidad, c) la entalpía del refrigerante y d) el volumen ocupado por la fase vapor.
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An 80-L vessel contains 4 kg of refrigerant-134a at a pressure of 160 kPa. Determine (a) the temperature, (b) the quality, (c) the enthalpy of the refrigerant, and (d) the volume occupied by the vapor phase.
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Referencias:
Ejemplo 2.5 del Çengel. Cuarta Edición. Página 81.
Ejemplo 3.5 del Çengel. Quinta Edición. Página 131.
Ejemplo 3.5 del Çengel. Séptima Edición. Página 131.
Solución.
Sustancia: Refrigerante 134a
Volumen: V = 80 L = 0.08 m3
Masa: m = 4 kg
Presión: P = 160 kPa
Volumen específico.
\(\displaystyle v=\frac{V}{m}\) (1)
Al sustituir valores en la ecuación (1):
\(\displaystyle v=\frac{0.08\,\text{m}^3}{4\,\text{kg}}\)
v = 0.02 m3/kg
Estado termodinámico.
TPT (Refrigerante-134a, Saturado, P = 160 kPa):
vf = 0.0007435 m3/kg
vg = 0.1229 m3/kg
vf (0.0007435 m3/kg) < v (0.02 m3/kg) < vg (0.1229 m3/kg)
Estado: Mezcla saturada de líquido + vapor.
a) Temperatura del refrigerante.
Puesto que se trata de una mezcla saturada líquido + vapor, la temperatura se consigue en las tablas de R-134a saturado a la presión especificada.
TPT (Refrigerante-134a, Saturado, P = 160 kPa):
Tsat = – 15.62°C.
b) Calidad.
\(\displaystyle x=\frac{v-v_f}{v_g-v_f}\) (2)
Al sustituir valores en la ecuación (2):
\(\displaystyle x=\frac{0.02\,\text{m}^3/\text{kg}-0.0007435\,\text{m}^3/\text{kg}}{0.1229\,\text{m}^3/\text{kg}-0.0007435\,\text{m}^3/\text{kg}}\)
x = 0.1576
c) Entalpía del refrigerante.
h = hf + x (hg – hf )
TPT (Refrigerante-134a, Saturado, P = 160 kPa):
hf = 28.79 kJ/kg
hg = 237.97 kJ/kg.
h = 28.79 kJ/kg + 0.1576 (237.97 kJ/kg – 28.79 kJ/kg)
h = 62.59 kJ/kg
d) Volumen de la fase vapor.
\(\displaystyle v_g=\frac{V_g}{m_g}\) (3)
Al despejar el volumen del vapor:
Vg = mg vg (4)
Masa del vapor.
\(\displaystyle x=\frac{m_g}{m}\) (5)
Al despejar la masa del vapor:
mg = x m (6)
Al sustituir valores en la ecuación (6):
mg = 0.1576 × 4 kg
mg = 0.6304 kg
Al sustituir valores en la ecuación (4):
Vg = 0.6304 kg × 0.1229 m3/kg
Vg = 0.0775 m3
