Ciclo inverso a compressione di vapore
Salve a tutti, sto svolgendo una serie di problemi privi di soluzione e procedimento per prepararmi all'esame di fisica tecnica. Ho dei dubbi riguardanti questo problema.
In un impianto di refrigerazione industriale si adopera una macchina a R134a che compie un ciclo inverso a compressione di vapore. La temperatura di lavoro dell'utenza è di 5 °C, mentre quella della sorgente calda è di 35 °C. Supponendo di dover garantire una differenza minima di 5 °C tra il fluido refrigerante e le sorgenti termiche del ciclo, si calcoli la portata di fluido refrigerante che, in presenza di un sottoraffreddamento di 4 °C e di un rendimento termodinamico interno del compressore pari a 0,7, consente di assorbire all'utenza la potenza termica di 25 kW. Si indichino, inoltre, i valori della potenza meccanica di compressione, la massima temperatura raggiunta dall'R134a e l'EER del ciclo.
Per come ho interpretato la traccia, ho posto come temperatura del refrigerante nello stato di vapore saturo la temperatura di 5 °C e come temperatura del refrigerante nello stato di liquido saturo la temperatura di 35°C. Grazie a questi due punti sono stata in grado di trovarmi i restanti punti sul diagramma dell'R134a, e calcolarmi la temperatura massima del ciclo. Ora mi sono bloccata per quanto riguarda il calcolo della portata. Qualcuno mi può dire che significa il fatto di dover "garantire una differenza minima di 5 °C tra il fluido refrigerante e le sorgenti termiche del ciclo" e quindi come calcolare la portata?
Grazie mille a chiunque sarà in grado di fornirmi una risposta.
In un impianto di refrigerazione industriale si adopera una macchina a R134a che compie un ciclo inverso a compressione di vapore. La temperatura di lavoro dell'utenza è di 5 °C, mentre quella della sorgente calda è di 35 °C. Supponendo di dover garantire una differenza minima di 5 °C tra il fluido refrigerante e le sorgenti termiche del ciclo, si calcoli la portata di fluido refrigerante che, in presenza di un sottoraffreddamento di 4 °C e di un rendimento termodinamico interno del compressore pari a 0,7, consente di assorbire all'utenza la potenza termica di 25 kW. Si indichino, inoltre, i valori della potenza meccanica di compressione, la massima temperatura raggiunta dall'R134a e l'EER del ciclo.
Per come ho interpretato la traccia, ho posto come temperatura del refrigerante nello stato di vapore saturo la temperatura di 5 °C e come temperatura del refrigerante nello stato di liquido saturo la temperatura di 35°C. Grazie a questi due punti sono stata in grado di trovarmi i restanti punti sul diagramma dell'R134a, e calcolarmi la temperatura massima del ciclo. Ora mi sono bloccata per quanto riguarda il calcolo della portata. Qualcuno mi può dire che significa il fatto di dover "garantire una differenza minima di 5 °C tra il fluido refrigerante e le sorgenti termiche del ciclo" e quindi come calcolare la portata?
Grazie mille a chiunque sarà in grado di fornirmi una risposta.
Risposte
"aniettina":
Per come ho interpretato la traccia, ho posto come temperatura del refrigerante nello stato di vapore saturo la temperatura di 5 °C e come temperatura del refrigerante nello stato di liquido saturo la temperatura di 35°C.
Ciao.
Occhio qui: viene detto che ci deve essere una minima differenza di temperatura tra refrigerante e sorgenti.
Questo significa che la temperatura di uscita dal condensatore deve essere di 40°C, mentre quella di uscita dall'evaporatore di 0°C.
Non ho capito però cosa si intenda per sottoraffreddamento di 4°C.. A me l'unico modo per risolvere il problema pare sia dare la differenza tra la temperatura al termine della compressione e la temperatura di uscita dal condensatore.
Infatti se così fosse sarebbe possibile conoscere lo stato del refrigerante prima e dopo la compressione, pertanto nota la potenza assorbita dal compressore e il suo rendimento interno è possibile calcolare la portata di fluido refrigerante richiesta.
Il sottoraffreddamento del liquido consiste nell'abbassare la temperatura del liquido saturo alla fine della condensazione.. Quindi data una determinata temperatura di condensazione, sottraendo a tale temperatura il margine di raffreddamento, si ottiene la temperatura all'uscita del condensatore. Io avevo inteso che la temperatura di condensazione in questo caso è 35 °C mentre quella di uscita dal condensatore di (35 - 4)=31 °C.
"aniettina":
Il sottoraffreddamento del liquido consiste nell'abbassare la temperatura del liquido saturo alla fine della condensazione.. Quindi data una determinata temperatura di condensazione, sottraendo a tale temperatura il margine di raffreddamento, si ottiene la temperatura all'uscita del condensatore. Io avevo inteso che la temperatura di condensazione in questo caso è 35 °C mentre quella di uscita dal condensatore di (35 - 4)=31 °C.
Sì so cosa si intende per sottoraffreddamento, quello che volevo dire è che non capisco come interpretarlo alla luce del resto del testo del problema.
A me pare che la differenza di 5°C tra sorgenti e fluido, date le temperature delle sorgenti, significa fissare le temperature di condensazione e vaporizzazione.
EDIT: Forse si vuole dire che il sottoraffreddamento di 4°C a fine condensazione faccia sì che, dovendo essere la temperatura del fluido più alta di 5°C di quella della sorgente calda allora, la temperatura di sottoraffreddamento debba essere di 40°C e quindi quella di condensazione di 44°C.
Quella di vaporizzazione sarebbe poi di 0°C.
Il punto è che però senza dire qualcosa in più sul compressore a parte il rendimento interno, non è chiarissimo su come si dovrebbe procedere.
Grazie mille dell'aiuto!!! Ho provato a risolverlo seguendo le tue indicazioni e ho risolto. E' come hai scritto nell' EDIT.
"aniettina":
Grazie mille dell'aiuto!!! Ho provato a risolverlo seguendo le tue indicazioni e ho risolto. E' come hai scritto nell' EDIT.
Bene
. Sono curioso però di sapere come hai usato il rendimento interno (secondo me nel testo c'era da specificare meglio qualcosa).
Il rendimento interno mi ha permesso di determinare la temperatura massima del ciclo una volta note le temperature di evporazione e dell' isoentropica tracciata a partire dal punto di vapore saturo fino ad incontrare la linea della trasformazione isobara a pressione di condensazione.
Ok.
Deduco allora che per rendimento interno si debba intendere il rapporto tra il lavoro ideale assorbito dal compressore a partire dalla differenza tra entalpia del fluido in ingresso e uscita in condizioni isoentropiche, e il lavoro reale assorbito dal compressore. Io pensavo fosse il rapporto tra il lavoro calcolato come differenza tra entalpia reale del fluido in ingresso e uscita, e lavoro reale (per questo pensavo si dovesse specificare anche il rendimento isoentropico del compressore).
Devo dire che non mi piace molto l'uso di questo rendimento interno perché può generare confusione (parere personale)...
Deduco allora che per rendimento interno si debba intendere il rapporto tra il lavoro ideale assorbito dal compressore a partire dalla differenza tra entalpia del fluido in ingresso e uscita in condizioni isoentropiche, e il lavoro reale assorbito dal compressore. Io pensavo fosse il rapporto tra il lavoro calcolato come differenza tra entalpia reale del fluido in ingresso e uscita, e lavoro reale (per questo pensavo si dovesse specificare anche il rendimento isoentropico del compressore).
Devo dire che non mi piace molto l'uso di questo rendimento interno perché può generare confusione (parere personale)...
Si, o per lo meno è così che il docente lo ha spiegato.
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