Refrigerador que sigue un ciclo Otto

De Laplace

Revisión de 20:58 21 jun 2013

1 Enunciado del ciclo

Se desea construir un refrigerador que funcione con un ciclo Otto inverso. Para ello se tiene una habitación cuya temperatura se desea mantener en 250K, estando el ambiente exterior a 300K y a una presión de 100kPa.

En una de las paredes de la habitación se instala la unidad refrigeradora, que experimenta el siguiente ciclo:

Inicialmente (estado A) una cámara de 0.1m³ está llena de aire (supuesto gas ideal) a la presión y temperatura exteriores, y aislada térmicamente del interior.

A→B: La cámara se aísla del exterior y se expande rápidamente hasta un volumen de 0.2m³. Esta expansión se puede modelar como un proceso adiabático cuasiestático.

B→C: Manteniendo el volumen fijo, se deja que intercambie calor con la habitación, hasta que la temperatura del aire de la cámara iguale a la de la habitación.

C→D: La cámara se comprime rápidamente hasta volver a un volumen de 0.1m³. Esta compresión también se puede modelar como un proceso adiabático cuasiestático.

D→A: Manteniendo el volumen fijo, se deja ahora que intercambie calor con el exterior, hasta que la temperatura del aire de la cámara iguale a la exterior.

Para este proceso cíclico:

1. Represente de forma esquemática el ciclo en un diagrama pV.
2. Calcule la presión, volumen y temperatura del gas en cada uno de los vértices del ciclo.
3. Calcule el calor intercambiado por el aire con la habitación y con el exterior.
4. Determine el coeficiente de desempeño COP_R de este refrigerador.
5. Calcule la proporción entre este coeficiente de desempeño y el máximo que podría alcanzar un refrigerador que operara entre las temperaturas indicadas.

Datos: Constante de los gases ideales: , Relación entre capacidades caloríficas del aire γ = 1.4.

2 Esquema del ciclo

3 Presiones, volúmenes y temperaturas

4 Calores

5 Coeficiente de desempeño

6 Rendimiento de la segunda especie